ПРЕПАРАТЫ ИЗ СВЕЖИХ РАСТЕНИЙ. ПРЕПАРАТЫ БИОГЕННЫХ…
11.11.ПРЕПАРАТЫ ИЗ ИЛОВОЙ ЛЕЧЕБНОЙ ГРЯЗИ (МИНЕРАЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ)
Пелоидин– водный экстракт лечебной грязи из Куяльницкого лимана, расположенного в Одесской области. Прозрачная бесцветная стерильная жидкость.
Технология приготовления. 280 кг лечебной грязи загружают в керамический бак, туда же помещают 720 л воды. На 1000 л смеси прибавляют 6,68 кг натрия хлорида, чтобы получить раствор изотоническим. Смесь настаивают при постоянном перемешивании 3 – 6 суток при комнатной температуре, пока отстоявшаяся над грязью жидкость будет иметь плотность 1,008-1,010. При этом содержание хлоридов должно быть 11,5-14,5 г/л, а сухой остаток 12 – 16 г/л. Затем жидкость сифонируют и дважды фильтруют с целью удаления механических включений (применяя глубинные фильтры) и микроорганизмов (через стерильные пластины или мембранные фильтры с диаметром пор не более 0,3 мкм). Фильтрат нагревают в течение 1,5 часа при температуре 60-70°С и после охлаждения в асептических условиях разливают во флаконы по 500 мл. Пелоидодистиллят – выпускается в ампулах по 1 мл.
Препараты оказывают стимулирующее влияние на организм и способствуют регенерации тканей. Применяют наружно при лечении гнойных ран для их промывания и смачивания повязок, а также для лечения методом электрофореза хронических воспалительных заболеваний женских половых органов. Широко используются в офтальмологии, а также для лечения артритов, радикулитов, миалгий и т.п.
Бишофит – препарат, содержащий минеральный хлоридно-магниево- натриевый комплекс и ряд микроэлементов, добываемый при бурении скважин. Оказывает противовоспалительное и анальгезирующее действие и используется в качестве наружного средства при артрозах, артритах, радикулите, люмбаго и других воспалительных и дистрофических заболеваний опорно-двигательного и нервно-мышечного аппарата. Применяют в виде компрессов. Выпускается во флаконах по 50, 100, 200, 250, 450 и 500 мл.
Бишофит также выпускают в виде пасты под названием «Бишолин» и в виде пластыря.
Вулнузан – мазь, содержащая экстракт из маточников Поморийского соляного озера Болгарии – 12 г; касторового масла – 35 г; ланолина – 15 г; воды
ПРЕПАРАТЫ ИЗ СВЕЖИХ РАСТЕНИЙ. ПРЕПАРАТЫ БИОГЕННЫХ…
– до 100 мл. Способствует очищению и ускорению заживления поверхностных гнойных ран, трещин и др. Полиминерол – стандартизированный раствор маточного щелока Поморийского соляного озера во флаконах по 100 мл.
Гумизоль – 0,01% раствор фракций гуминовых кислот хаапсалуской морской лечебной грязи в изотоническом растворе натрия хлорида. В препарате находятся биологически активные вещества олигодинамического характера и до 40% гуминовых кислот. Это прозрачная или слегка опалесцирующая со слегка заметной взвесью жидкость с желтоватым оттенком, без запаха, солоноватого вкуса, нейтральной реакции. Терапевтический эффект близок к лечению лечебной грязью. Применяется при хронических и подострых радикулитах, плекситах, невралгиях, ревматоидном артрите, артрозах, хронических заболеваниях среднего уха и придаточных пазухах носа, фарингитах, ринитах. Вводят внутримышечно или же путем электрофореза. Выпускают в ампулах по 2 и 10 мл.
Нафталанская нефть, единственное в мире месторождение которой находится в местечке Нафталан в Азербайджане. Из нее производят линимент, мазь и жидкость для наружного применения. Линимент представляет собой 10% эмульсию рафинированой нафталанской нефти на гидрофильной основе. Это густая сиропообразная жидкость слабокислой реакции, черного цвета с зеленоватой флюоресценцией, с характерным специфическим запахом. Препарат не смешивается с водой. Мазь содержит 70% нафталанской нефти и выпускается в тубах по 15 и 25 г. Жидкость для наружного применения содержит 98% нафтеновых углеводородов и выпускается во флаконах по 15, 80 и 120 мл. Препараты нафталанской нефти применяют при ревматизме, заболеваниях суставов, мышц и кожи, они усиливают обменные процессы в организме, действуют на центральную нервную систему и эндокринные железы. Иногда для усиления терапавтического действия препараты комбинируют с салициловой кислотой, каротином, камфорой, серой и др.
Торфот – отгон торфа из определенных месторождений с определенными показателями (степень разложения 20-30%, влажность 40-60%, зольность 6- 8%). Сырье замачивают в течение суток в равном объеме воды и затем осуществляют перегонку с водяным паром. Отгон собирают, добавляют рассчитанное количество хлорида натрия, фильтруют, разливают в ампулы и стерилизуют при температуре 120°С в течение 1 часа. Готовый препарат - прозрачная, бесцветная, стерильная жидкость с характерным запахом торфа.
ПРЕПАРАТЫ ИЗ СВЕЖИХ РАСТЕНИЙ. ПРЕПАРАТЫ БИОГЕННЫХ…
Значение рН 6,0-8,8. Применяют примерно также, как ФиБС. Выпускают в ампулах по 1 мл.
ФиБС для инъекций (препарат назван по первым буквам фамилий авторов: В.П.Филатов, З.А.Бибер, В.В.Скородинская). Для получения препарата берут иловую грязь Куяльницкого лимана и перегоняют с водяным паром. Полученный отгон содержит много серы и водорода сульфида. К полученному отгону добавляют натрия хлорид (7,5 г на 1 л), отстаивают и фильтруют через тканевой фильтр. Затем проводят сепарацию на жидкостном сепараторе тарелочного типа, получая при этом прозрачный раствор. Сероводород удаляют при нагревании, а натрия хлорид – применением повторной перегонки. К полученному раствору (пелоид) добавляют коричную кислоту (0,3-0,4 г на 1 л) и кумарин (0,1 г на 1 л) и фильтруют. Стерилизуют при температуре 120°С в течение 1 часа.
ФиБС – это бесцветная жидкость с запахом кумарина, рН 4,6-5,4. Выпускают в ампулах по 1 мл . Применяют для лечения кератита, блефарита, помутнения стекловидного тела, а также артритов, радикулитов и других заболеваний. Аналог препарата – препарат «ФиБисол».
11.12. СТАНДАРТИЗАЦИЯ ПРЕПАРАТОВ БИОГЕННЫХ СТИМУЛЯТОРОВ
Химическая природа биогенных стимуляторов как растительного, так животного и минерального происхождения окончательно не изучена, поэтому при оценке качества этих препаратов химическими методами возникают определенные трудности. В настоящее время для стандартизации пользуются биологическими тестами. В основе методов определения биологической активности тканевых препаратов лежит способность биогенных стимуляторов активизировать обменные процессы в организме, повышать его жизнедеятельность. Этот принцип нашел свое выражение в таких тестах, как
ускорение бродильной активности дрожжей, интенсивность размножения их на твердой или жидкой среде, ускорение прорастания семян растений, изменение катализной активности крови, фермента уреазы. Определяют также окисляемость препаратов и рН растворов.
Дрожжевой нефелометрический тест заключается в следующем. В стеклянные пробирки наливают по 1 мл испытуемого препарата в
ПРЕПАРАТЫ ИЗ СВЕЖИХ РАСТЕНИЙ. ПРЕПАРАТЫ БИОГЕННЫХ…
соответствующем разведении (в качестве контроля используют воду), добавляют 5 мл раствора Рингера и 2 мл суспензии культуры дрожжей с экстинцией по фотоколориметру равной 0,05. Опытные пробирки выдерживают
втермостате при 27-28°С в течение 16-18 часов. После того, как в контрольных пробирках экстинция на ФЭКе достигает 0,100, рост дрожжей прекращается погружением пробирок в кипящую воду. По охлаждении производят замер величины экстинции опытных пробирок.
Определение бродильной энергии заключается в учете количества углекислого газа, выделяющегося при брожении. Учет производится весовым способом. Для этого используют 4 конические колбы емкостью 150-200 мл, снабженные вентилями Мейселя и затворами Бунзена. Вентиль устроен так, что выделяющийся газ при брожении должен пройти через слой кислоты серной, оставить там водяные пары и выйти наружу через затвор Бунзена. В бродильные колбы заливают по 30 мл 17% раствора сахара и 10 мл дрожжевой взвеси (10,0 г прессованных дрожжей в 100 мл дистиллированной воды). В две колбы приливают 10 мл препарата, в две другие – воду, закрывают пробками с затворами и взвешивают с точностью до 0,01 г. Колбы выдерживают при температуре 22-27°С 12 часов, п осле чего снова взвешивают, и по убыли в массе колб рассчитывают степень активации, выраженную в процентах по отношению к контролю.
Определение биологической активности препарата по усилению регенерации эпителия роговицы изолированного глаза лягушки.
Вцентре роговицы двух парных изолированных глаз лягушки при помощи круглого трепана с диаметром режущей коронки 1,5-2,0 мм счерчивают участок эпителия, затем острым скальпелем под контролем бинокулярной лупы в области этого участка удаляют эпителий роговицы до болдиновской капсулы. Получают дефекты круглой формы одинаковой величины. Вслед за этим один глаз помещают в испытуемый препарат, другой –
вфизиологический раствор при комнатной температуре на 8-16 часов. В течение этого времени происходит частичное закрытие дефекта наползающим эпителием. Затем глаза переносят в 0,005% раствор нейтрального красного на 45-60 минут (раствор красителя готовят на жидкости Рингера без добавления соды). Роговицы окрашенных глаз при помощи остроконечных ножниц вырезают по периметру (лимбу) и переносят на предметное стекло. Контуры дефектов с помощью рисовального аппарата переносят на бумагу и измеряют
ПРЕПАРАТЫ ИЗ СВЕЖИХ РАСТЕНИЙ. ПРЕПАРАТЫ БИОГЕННЫХ…
их площадь. Сравнивают дефекты опытного и контрольного глаза; отношение площади дефекта опытного глаза к контрольному выражает степень ускорения или замедления процессов эпителизации под влиянием испытуемого препарата.
Другим наиболее простым и чувствительным методом является тест на фагоцитарную активность. Для выполнения этого теста необходимо иметь цитратную кровь исследуемого животного и смыв 2-3 дневной культуры кишечной палочки с содержанием по оптическому стандарту 500000 микробных тел в 1 мл. Для определения фагоцитарного числа в пробирку наливают 0,2-0,5 мл цитратной крови, добавляют 0,2-0,5 мл свежего смыва кишечной палочки, пробирки встряхивают и помещают в термостат или водяную баню при температуре 38°С на 30 минут, после че го из смеси готовят мазки, которые окрашивают по Романовскому. В мазке просматривают под микроскопом 100 сегментированных нейтрофилов и подсчитывают количество фагоцитированных ими микробов, которые составляют фагоцитарное число.
Тканевой препарат считается активным, если на 5-6 день после введения отмечается увеличение количества эритроцитов на 15-25%, гемоглобина на 1213%, повышение фагоцитарного числа в 1,5-2 раза.
Определение окисляемости. Методику определения окисляемости можно рассмотреть на экстракте алоэ жидком. 2 мл вытяжки разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. 20 мл этого раствора переносят в колбу на 200 мл, содержащую 100 мл свежепрокипяченной дистиллированной воды, прибавляют 5 мл 25% раствора серной кислоты и 20 мл 0,1 М раствора калия перманганата и кипятят 10 минут, считая с момента закипания жидкости. К горячему раствору прибавляют 20 мл 0,01 М раствора щавелевой кислоты и жидкость титруют до изменения окраски 0,01 М раствором калия перманганата, после чего определяют окисляемость – количество миллиграммов кислорода в 1 л препарата. 1 мл 0,01 М раствора калия перманганата соответствует 0,008 мл кислорода. Окисляемость должна быть 300 мл кислорода.
Препараты биогенных стимуляторов имеют большое значение в медицинской практике. Сейчас во многих странах проводится значительная работа по выявлению действительно ценных в лечебном отношении средств растительного, животного и минерального происхождения. Расшифровка механизмов действия лекарственных средств, полученных на их основе, поможет решить многие вопросы, представляющие интерес для медицины.
Библиография к части 1
1.Бабак В. Г. Коллоидная химия в технологии микрокапсулирования.— Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1991.—171 с.
2.Бакеев М. И. Основы теории гидратации и растворения солей / М. И. Бакеев.— Алма-Ата: Наука, 1990.— 192 с.
3.Биофармация: Учеб. для фармац. вузов и фак./ А.И.Тихонов, Т.Г.Ярных, И.А.Зупанец и др./ Под ред. А.И.Тихонова.— Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2003.— 240 с.
4.Букин А.А. Тара и её производство: учебное пособие / А.А. Букин, С.Н. Хабаров, П.С. Беляев, В.Г. Однолько.— Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008.— Ч. 2.— 80 с.
5.Вейс А. Макромолекулярная химия желатины.— М.: Пищ. пром-сть.— 1971.— 478 с.
6. Гельфман М.И. Коллоидная химия / Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. — С.Пб. и др.: Лань, 2003.— 332 с.
7.Гончарук Т. «Фальсификаты» и «субстандарты» — две стороны одной монеты // Провизор.— 2010.— № 7.— С. 3.
8.ГОСТ 12302—83. Межгосударственный стандарт. Пакеты из полимерных и комбинированных материалов. Общие технические условия.— М.: ИПК Изд-во стандартов. Утвержден и введен в действие Постановлением Гос. Комитета СССР по стандартам от 19.01.83 № 234., 1983.
9.Государственная фармакопея РФ.— ХII-е изд.— М.: Научный центр экспертизы средств медицинского применения.— Ч. 1.— 2008.— 696 с; Ч. 2.— 2010.— 600 с.
10.Государственная фармакопея СССР.— ХI-е изд.— М.: Медицина; Вып. 1.— 1987.— 336 с.; Вып. 2.— 1989.— 400 с.
11.Давигора И. В. Исследования в области технологии производства желатиновых капсул// Автореф. дис. ... канд. фарм. наук.— Харьков, 1981.— 28 с.
12.Державна фармакопея України.— 1-е вид. / Держ. п -во «Науково-експертний фармакопейний центр».— Х.: РІРЕГ, 2001.— 556 с.; Доп. 1.— 2004.— 494 с.; Доп. 2.— 2008.— 620 с.; Доп. 3.— 2009.— 280 с.; Доп. 4.— 2011.— 540 с.
13.Допоміжні речовини в технології ліків: вплив на технологічні, споживчі, економічні характеристики і терапевтичну ефективність: навч. посіб. для студ. вищ. фармац. навч. закл. / І.М. Перцев, Д.І. Дмитрієвський, В.Д. Рибачук та ін.; за ред. І.М. Перцева.— Х.: Золоті сторінки, 2010.— 600 с.
14.ДСТУ 2887—94. Пакованння та маркування. Терміни і визначення.
15.ДСТУ ISO 9000—2001. Системи управління якістю. Основні положення та словник.
16.ДСТУ ISO 9004—2001. Системи управління якістю. Настанови щодо поліпшення діяльності.
17.Ефремов Н.Ф. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов / Н.Ф. Ефр е- мов, Т.В. Лемешко, А.В. Чуркин; Моск. гос. ун-т печати.— М.: МГУП, 2004.— 424 с.
18.Ефремов Н.Ф. Тара и ее производство: учебн. пособие.— 2-е изд., доп.— М.: МГУП,
2001.— 312 с.
19.Каталог технологического оборудования химико-фармацевтической промышленности: Учебное пособие для студентов вузов/ Чуешов В.И., Сичкарь А.А., Гладух Е.В. и др. — Винница: Нова Книга, 2010.— 272 с.
20.Класифікатор лікарських форм //Вісник фармакології та фармації.— № 5—8.— 2002.
21.Комаров Ф.И., Рапопорт С.И. Хронобиология и хрономедицина.— М.: Триада-Х, 2000.— 488 с.
22.Левашова И.Г. Надлежащие практики в фармации: учебник / И.Г. Левашова, А.Н. Мурашко, Ю.В. Подпружников.— К.: МОРИОН, 2006.— 256 с.
23.Литвененко В.И. Химия природных флавоноидов и создание препаратов при комплексной переработке растительного сырья. Дис. в форме науч. докл. … д-ра хим. наук.— Х.:
1990.— 79 с.
24.Медицинское и фармацевтическое товароведение: практикум / под ред. В. Г. Де- мьяненко.—— Ч. 2. — Х., 2009.— 310 с.
25.Минина С.А., Каухова И.Е. Химия и технология фитопрепаратов: учебн. пособие.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.— 560 с.
26.Михайлов И.В. Современные препараты из лекарственных растений: справ / И.В. Михайлов.— М.: АСТ, 2003.— 319 с.
27.Мнушко З.И., Бондарева Л.В., Пестун И.В. и др. Фальсифицированные лекарственные средства: классификация, причины распространения, меры борьбы // Провизор.— 2008.— № 17.— С. 6—8.
28.Молчанов Г.И. Интенсивная обработка лекарственного сырья.— М.: Медицина, 1981.—
208 с.
29.Надлежащая производственная практика лекарственных средств / под ред. Н.А. Ляпунова, В.А. Загория, В.П. Георгиевского, Е.П. Безуглой.— К.: МОРИОН, 1999.— 896 с.
30.Настанова 42-01:2003. Лікарські засоби. Технологічний процес. Документація.—К.: МОЗ України, 2003.
31.Настанова 42-3.5:2004. Лікарські засоби. Валідація процесів.—К.: МОЗ України, 2004.
32.Настанова 42-3.4:2004. Настанова з якості. Лікарські засоби. Виробництво готових лікарських засобів.— К.: МОЗ України, 2004.— 27 с.
33.Настанова 42-3.6:2004. Допоміжні речовини.— К.: МОЗ України, 2004.— 11 с.
34.Настанова 42-7.1:2005. Лікарські засоби. Дослідження біодоступності та біоеквівалентності.— К.: МОРІОН, 2005.— 20 с.
35.Настанова СТ-Н МОЗУ 42-3.0:2011. Лікарські засоби. Фармацевтична розробка.—К.: МОЗ України, 2011.
36.Настанова СТ-Н МОЗУ 42-4.0:2011. Лікарські засоби. Належна виробнича практика.—К.: МОЗ України, 2011.
37.Настанова СТ-Н МОЗУ 42-4.1:2011. Лікарські засоби. Досьє виробничої дільниці..—К.: МОЗ України, 2011.
38.Настанова СТ-Н МОЗУ 42-4.3:2011. Лікарські засоби. Фармацевтична система якості.—К.: МОЗ України, 2011.
39.Настанова СТ-Н МОЗУ 42-5.1:2011. Лікарські засоби. Належна практика зберігання.—К.: МОЗ України, 2011.
40.Нормативная документация в производстве готовых лекарственных средств: учебн. пособие / Е.В.Гладух, В.И.Чуешов, О.А.Ляпунова и др.— Х.: Изд. НФаУ, 2009.— 139 с.
41.Носов А. Лекарственные растения / А. Носов— М.: ЭКСМО-ПРЭСС.— 2001.— 350 с.
42.Оболенцева Г.В., Чайка И.В., Васильченко Е.А. Классификация лекарственных форм, их значение в медицине. Лекарственные формы нового поколения. Биофармацевтические аспекты // Технология и стандартизация лекарств.— Х., 1996.— С. 286—316.
43.Оборудование для переработки сыпучих материалов: учебн. пособие / В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев, М.А. Промтов, А.С. Тимонин.— М.: Изд-во «Машиностроение-1», 2006.— 208 с.
44.Основы проектирования производств в химико-фармацевтической и биотехнологической промышленности: учеб. для студ. вузов / В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А.Сичкарь и др.— Х.: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2004.— 460 с.
45.Полимеры медицинского назначения /Под ред. Сэноо Манабу.— М.: Медицина, 1991.— 248 с.
46.Пономарёв В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья.— М.: Медицина, 1976.
47.Прилепская А. Краткий обзор рынка оборудования для упаковки типа «саше» //
PakkoGraff.— 2005.— № 4.
48.Про лікарські засоби: Закон України // Фармакологічний вісник.—1996.— № 3.— С. 2—9.
49.Промышленная технология лекарств: учебник.— В 2-х т.: Том 2 / В.И. Чуешов, Н.Е. Чернов, Л.Н. Хохлова и др.; под ред. В.И. Чуешова.— Х.:Основа; Изд-во УкрФА, 1999.—704 с.
50.Промышленная технология лекарств: учебник.— В 2-х т. / В.И.Чуешов, Н.Е.Чернов, Л.Н. Хохолова и др.; под ред. В.И. Чуешова.— Х.: МТК-Книга; Изд. НФАУ, 2002.— 1276 с.
51.Проспекты фирмы “L. B. Bohle Maschinen + Verfahren GmbH” (Германия).
52.Сидоров Ю.І. Екстракція рослинної сировини: навч. посібник / Ю.І. Сидоров, І.І. Губицька, Р.Т. Конечна, В.П. Новіков.— Львів: Вид-во Нац. ун-ту «Львівська політехніка», 2008.— 336 с.
53.Сидоров Ю.І., Чуєшов В.І., Новиков В.П. Процеси і апарати хіміко-фармацевтичної промисловості.— Вінниця: НОВА КНИГА, 2009.— 816 с.
54.Солодовник В.Б. Микрокапсулирование.— М.: Химия, 1980.— 216 с.
55.Солодовниченко Н.М. и др. Лекарственное растительное сырьё: учебн. пособие.— Х.: «МТК-Книга», 2002.— 407 с.
56.Стандартизація фармацевтичної продукції.— К.: МОЗ України, 2012.— 728 с.
57.Сур С.В. Система борьбы с фальсифицированными лекарственными средствами// Провизор.— 2010.— № 13/14.
58.Теоретические основы фармацевтической технологии: учебн. пособ. для студ. / В.И. Чуешов, И.В. Сайко, О.А. Ляпунова и др.— 3-е изд.— Х.: Изд. НФаУ, 2007.— 176 с.
59.Технология и стандартизация лекарств: сборник научных трудов.— Х.: ООО «РИРЕГ»,
1996.— 784 с.; Т. 2.— 2000.— 784 с.
60.Технология лекарственных форм: учебник.— В 2-х т.: Т. 2 / Р.В. Бобылев, Г.П. Грядун ова, Л.А. Иванова и др.; под ред. Л.А. Ивановой.— М.: Медицина, 1991.— 544 с.
61.Технологія ліків промислового виробництва: підруч. для студ. вищ. фармац. навч. закл. і фармац.ф-тів вищ. мед. навч. закл. ІІІ—ІУ рівнів акредитації / В.І.Чуєшов, Л.М.Хохлова, О.О.Ляпунова та ін.; За ред. В.І.Чуєшова — Х.: Вид. НФаУ; Золоті сторінки, 2003.— 720 с.
62.Трыкова Т.А. Товароведение упаковочных материалов и тары.— М.: Дашков и Ко, 2008.— 146 с.
63.Ульянов В. Классификация оборудования для упаковки продуктов в термосвариваемые пакеты. Часть 1. Объемные пакеты // Пакет.— 2004.— № 2.
64.Ульянов В. Классификация оборудования для упаковки продуктов в термосвариваемые пакеты. Часть 2. Плоские пакеты // Пакет.— 2004.— № 3.
65.Фармацевтическая отрасль. Промышленное обозрение.— 2009—2012.
66.Фармацевтична енциклопедія / Голова ред. ради та автор передмови В.П.Черних.— 2-ге вид., переробл. і допов.— К.: «МОРІОН», 2010.— 1632 с.
67.Фармацевтичні та медико-біологічні аспекти ліків / За ред. І.М. Перцева — Вінниця: НОВА КНИГА, 2007.— 728 с.
68.Ханлон Дж. Ф., Келси Р. Дж., Форсинио Х. Е. Упаковка и тара: проектирование, технологии, применение / Дж. Ф. Ханлон, Р. Дж. Келси, Х. Е. Форсинио; пер. с англ. под общ науч. ред. В.Л. Жавнера.
69.Швец В. И. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии (продолжение) / В. И. Швец, Ю. М. Краснопольский // Провизор.— 2008.— № 6.— С. 34—37.
70.Швец В. И. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии / В. И. Швец, Ю. М. Краснопольский // Провизор.— 2008.— №. 3.— С. 18—24.
71.All about hard gelatine capsules.— Basel: Firmа “Capsugel”, 1994.— 47 p.
72.British Pharmacopeia.— V. 1. 2 — 2001 — 2639 p.
73.Enciclopaedia of Pharmaceutical Technology / Ed. J. Swarbrick, I.C. Boylan.— 2-nd — NewYork, Basel: Marcek Dekker, Inc.— 2002.— Vol. 3.— 3032 p.
74.European Pharmacopeia.— 5 Edition.— Strasbourg: Council of Europe, 2005.— 2416 p.
75.European Pharmacopeia.— 7 Edition.— Strasbourg: Council of Europe, 2010.— 2416 p.
76.http://www.ean.ru/technologies/rfid/articles/3245.html
77.http://www.fond-ai.ru/art1/art527.html
78.http://www.holograte.com/rus/pharmo.htm
79.http://www.pharmvestnik.ru/text/2142.html
80.http://www.shark.ru/tech/rfid
81.Mouth Dissolving Tablets I: An Overview of Formulation Technology / D. Shukla, S. Chakraborty, S. Singh, Br. Mishra // Sci Pharm.— 2009.— Vol. 76.—P. 309—326
82.Sastry S.V, Nyshadham J.R, Fix J.A. Recent technological advances in oral drug delivery: a review // Pharm Sci Technol Today.— 2000.— No 3.— P. 138—145.
83.www.colorcon.com
84.www.drlz.kiev.ua
85.www.erweka.com
86.www.gea-ps.com
87.www.glatt.com
88.www.gs1.org
89.www.ima.it
90.www.mixers.com
91.www.oystar.huettlin.de
92.www.oystar.manesty.com
93.www.pharmainfo.net/reviews/medicated-chewing-gum-new-reformulation-technique
94.www.pharma-polymers.com/pharmapolymers/en
95.www.pharma-test.de
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
ГЛАВА 12. ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
12.1. ОРГАНОПРЕПАРАТЫ. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ
В современных условиях большую часть органопрепаратов получают путем химического синтеза и методами генной инженерии. Но органы и ткани животного происхождения до настоящего времени являются важным источником сырья для производства простагландинов, гормонов, ферментов и других препаратов животного происхождения.
Сырье для производства органопрепаратов (ткани и железы) получают на бойнях от здоровых, нормально развитых животных. Свежие органы содержат значительное количество воды, балластных белков, липидов, минеральных веществ, продуктов клеточного обмена. Животное сырье чрезвычайно лабильно и быстро портится в связи с высокой неустойчивостью к действию микроорганизмов, ферментов, стимулирующих гидролитические процессы. Поэтому полученное после забоя животных сырье быстро перерабатывают или немедленно консервируют, в основном замораживанием при температуре 30-40 градусов ниже нуля в скороморозильных шкафах. В таком виде легко портящееся сырье можно транспортировать в специальных рефрижераторах и хранить при температуре 15-18 градусов ниже нуля и относительной влажности 90-95%.
Иногда для консервирования сырья применяют органические растворители, смешивающиеся с водой и в то же время не оказывающие разрушающего влияния на биологически активные вещества, чаще всего ацетон и этанол. Способ прост и эффективен, но требует 3-5 – кратного количества растворителя для обезвоживания; при этом происходит и частичное обезжиривание. Этанол – хороший консервант для яичников и семенников, ацетон – для ткани гипофиза. Перспективным методом консервирования биоматериала, обеспечивающим сохранение биологически активных веществ, является сублимационная сушка – извлечение влаги из замороженного сырья в условиях глубокого вакуума.
Общую технологическую схему производства органопрепаратов можно проследить на рис. 12.1.
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
Сырье, поступающее на переработку обычно в замороженном виде, размораживают, очищают от механических примесей (загрязнений, остатков крови) ополаскиванием в воде, освобождают от остатков посторонних тканей (жир, мясо) преимущественно вручную при помощи ножа или ножниц и измельчают на механизированных мясорубках – волчках, превращая в фарш. Дальнейшая специальная обработка сырья проводится в зависимости от степени очистки и типа получаемого препарата.
По технологическому признаку органопрепараты подразделяют на:
–препараты, представляющие собой высушенные, обезжиренные и измельченные железы;
–экстракционные органопрепараты;
–органопрепараты для парентерального введения.
Технология препаратов, представляющих собой высушенные, обез-
жиренные и измельченные железы. При получении препаратов этой группы (тиреоидин, аудиуретин и др.) сырье немедленно сушат в вакуум-сушилке при температуре не превышающей 50 оС тонким слоем, намазывая фарш на стеклянные или эмалированные противни. После бережного высушивания материал обезжиривают, экстрагируя в аппаратах типа «Сокслета» органическими растворителями с низкой температурой кипения, хорошо извлекающими жиры и не разрушающими биологически активные вещества. Остатки растворителя удаляют из сырья просушиванием в вакуум-сушилке или на воздухе в вытя жном шкафу. Сухой обезжиренный материал превращают в порошок в фарфоровых шаровых мельницах. Выпускают препараты в виде дозированного порошка или таблеток.
Для получения экстракционных органопрепаратов и получения вы-
тяжки-сырца для производства максимально-очищенных органопрепаратов используется экстрагирование. Экстракцию проводят индивидуально подобранным экстрагентом, методом одно-, двухили многократной мацерации в аппаратах, снабженных мешалками.
В качестве растворителей используют: водные растворы кислот, ацетон, этанол со строго определенными значениями pH, обеспечивающим максимально возможный выход БАВ. Продолжительность экстракции – от нескольких часов до нескольких суток. Экстракт отделяют процеживанием через плотные
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
фильтр-ткани (бельтинг) центрифугированием или прессованием. Очистку от жиров и балластных белков проводят длительным отстаиванием (до 7 суток) при охлаждении (температура составляет от 0 до (–8) оС) с последующим фильтрованием. При получении сухих препаратов извлечения сгущают в ваку- ум-выпарных аппаратах и высушивают в вакуум-сушильном шкафу. При получении экстрактивных препаратов и разработке схем производства этой группы препаратов особое внимание уделяют подбору оптимальных параметров процесса (значения pH среды, температурный режим, продолжительность цикла, правильный подбор оборудования).
При получении органопрепаратов в виде экстрактов вытяжку подвергают дальнейшему отстаиванию, фильтрованию и центрифугированию. При получении максимально-очищенных органопрепаратов вытяжка-сырец подлежит дальнейшей сложной очистке и разделению на индивидуальные компоненты. Методы очистки и выделения индивидуальных компонентов представлены в главе 9.
Технология органопрепаратов для парентерального введения. Орга-
нопрепараты для инъекций представляют собой стерильные, очищенные от балластных веществ экстракты из животного сырья (питуитрин, витогепат) и препараты, изготовленные на основе индивидуальных БАВ (гормонов, ферментов и др.). Процесс изготовления органопрепаратов для инъекций на первых стадиях протекает так же, как и изготовление экстракционных препаратов.
Особенностью технологии парентеральных органопрепаратов является глубокая, максимальная очистка экстрактов от балластных веществ. Для освобождения от жира водные экстракты обрабатывают органическими растворителями (бензин, эфир и др.). Иногда жиры из водного экстракта удаляют в виде застывшего на поверхности слоя после продолжительного отстаивания на холоде. Грубая очистка, позволяющая освободится от основной массы балластных белков, достигается отстаиванием извлечений при охлаждении, высаливанием, термофракционированием, кислотно-щелочной обработкой, фракционированием заменой растворителя. Освобождение извлечений от низкомолекулярных биологических примесей веществ, используемых при грубой очистке (соли, кислоты, щелочи, органические жидкости), осуществляется диализом или электродиализом и ультрафильтрацией. При выделении индивидуальных биологи-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
чески активных веществ широко используют различные методы хроматографии: ионообменную, адсорбционную, гель-хроматографию (проникающую), аффинную (лигандную) и другие способы.
Максимально очищенные активные вещества растворяют в соответствующем растворителе и подвергают биологическому и химическому анализу. В связи с тем, что большинство гормонов термолабильны и не способны выдерживать тепловую стерилизацию, их производят в асептических условиях, стерилизуя фильтрованием через мембранные фильтры. Поскольку водные растворы ряда гормонов быстро инактивируются при хранении, их разливают в герметические флаконы и ампулы и подвергают лиофильной сушке. Затем ампулы запаивают, а флаконы герметично закрывают резиновыми пробками и колпачками с последующей металлической обкаткой, что позволяет проколом иглы шприца ввести во флакон растворитель и отобрать нужное количество раствора, не нарушая стерильности. Выпускают в виде стерильных растворов, концентратов или лиофилизированных порошков для парентерального применения.
12.2. ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ
Значительное место в современной фармакотерапии занимают препараты гормонов.
Гормоны (от греч. Hormao – приводить в движение, возбуждать) – биологически активные вещества разной химической природы, образующиеся специализированными клетками желез внутренней секреции, которые выделяются непосредственно в кровь и лимфу, регулирующие обмен веществ и физиологические функции организма. Сейчас известно около 60 биологически активных соединений, которые продуцируются эндокринными железами и имеют гормональную активность.
Гормональные препараты, выпускаемые фармацевтической промышленностью – это лекарственные средства, которые представляют собой природные гормоны или их синтетические аналоги.
По технологическим признакам и по источникам получения гормональ-
ные препараты классифицируют на следующие группы:
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
1.Препараты в виде экстрактов из эндокринных желез или из высушенной ткани эндокринных желез (тиреоидин);
2.Препараты природных гормонов, которые получены из крови и мочи животных и людей (гонадотропин);
3.Препараты синтетических гормонов, которые по своей химической структуре не отличаются от природных (преднизолон);
4.Синтетические препараты с гормоноподобными свойствами(производные стильбена);
5.Комбинированные препараты (эстроген-гестагенные);
6.Препараты, полученные путем генной инженерии (препараты инсулина). По химической структуре их подразделяют на несколько групп:
•Гормоны белковой природы: простые (инсулин, пролактин, гормон роста) и сложные (фолатропин, лютропин, тиротропин) белки.
•Гормоны пептидной природы: глюкоген, кальцитонин, соматостатин, вазопресин, окситоцин.
•Гормоны – производные аминокислот: адреналин, норадреналин, окситоцин.
•Гормоны липоидной природы (стероидные гормоны): кортикостероиды, андрогены-эстрогены, простагландины.
•Парагормоны, тканевые гормоны: гастрин, секретин, гепарин. Классификация гормонов по месту образованияпредставлена в табл. 12.1.
Таблица 12.1.
|
|
Гормоны эндокринных желез |
|
|
|
|
|
Эндокринные железы |
|
Гормоны |
|
|
Гормоны центральных желез |
||
|
|
||
Гипоталамус |
1).Нейропептиды: либерины, статины. |
||
|
2) |
Вазопресин и окситоцин |
|
Гипофиз |
1) Гонадотропины: фоллитропин, лютропин, пролактин (лак- |
||
|
тотропин); |
|
|
|
2) |
Соматотропин; |
3) Тиреотропин; |
|
4) |
Кортикотропин; |
5) Меланотропин; |
|
6) |
α и β-мепотропины; |
|
|
7) |
Вазопрессин и окситоцин, поступающие из гипоталамуса. |
|
Эпифиз |
1) Мелатонин; |
|
|
|
2) |
Адреногломерулотропин; |
|
|
|
Гормоны периферических желез |
|
Щитовидная железа |
1) Йодтиронин: тироксин; трийодтиранин; |
||
|
2) |
Кальциотанин. |
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ |
||
|
|
|
|
|
Паращитовидная железа |
1) |
Паратирин; |
|
|
|
|
2) |
Кальциототин. |
|
Поджелудочная |
железа |
1) |
Инсулин; |
|
(клетки островков) |
|
2) |
Глюкагон. |
|
Надпочечники |
|
1) |
Кортикостероиды: кортикостерон, кортизон, альдостерон, |
|
|
|
эстрогены. |
|
|
|
|
2) |
Адреналин. |
|
Половые железы |
|
1) |
Андрогены: тестостерон, 5-α-дигидротестостерон; |
|
а) семенники, |
|
1) |
Эстрогены: эстрадиол, эстрон, эстриол |
|
б) яичники |
|
2) |
Гестагены (прогестерон) |
|
|
|
3) |
Релаксин. |
|
Плацента (временная эн- |
1) |
Эстрогены; |
2) Гестагены; |
|
докринная железа во время |
3) |
Тестостерон; |
4) Тиреотропин; |
|
беременности) |
|
5) |
Хорионический гонадотропин; |
|
|
|
6) |
Плацентарный лактоген; |
|
|
|
7) |
Релаксин. |
|
Тимус |
|
Тимозин. |
|
|
По характеру действия гормоны разделяют на пусковые (тропные факторы, гормоны ЦНС) и исполнительные (гормоны периферических желез).
Всем гормонам независимо от химической структуры и места их биосинтеза и секреции присущи общие свойства: высокая биологическая активность, специфичность действия, дистантность действия, высокая избирательность действия.
12.3.ПРЕПАРАТЫ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Кпрепаратам поджелудочной железы относят: инсулин, суинсулин, протамин цинк-инсулин для инъекций, суспензия инсулина-протамина для иньекций, суспензия цинк-инсулина аморфного для иньекций, суспензия цинкинсулина кристаллического для иньекций. Эти препараты необходимы для больных инсулинозависимым сахарным диабетом.
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
Инсулин (Insulinum, от лат. Insula - остров) – гормон поджелудочной железы, который вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса. Инсулин является белком с молекулярной массой около 6000, имеющим 51 аминокислоту и две цепи: А, состоящую из 21 и В – из 30 аминокислот, соединенных дисульфидными мостиками. Основным сырьем для получения инсулина является поджелудочная железа рогатого скота и свиней.
Впервые в 1921 году, в Торонто канадские исследователи Ф.Г. Бентинг и Ч.Х. Бест выделили инсулин из поджелудочной железы собаки при обработке ее подкисленным этанолом. Первые кристаллы инсулина были получены в 1952 году, благодаря применению новейших методов очистки гормона (иммуноэлектрофорезу и жидкостной хроматографии высокого разряжения) от других гормональных веществ. В настоящее время существует несколько технологий выделения инсулина из поджелудочных желез рогатого скота и свиней. Ниже приведен наиболее перспективный способ, применяемый на фармацевтических предприятиях.
Получение инсулина складывается из следующих стадий:
1.Измельчение замороженных поджелудочных желез и экстракция кислым спиртовым раствором.
2.Осаждение балластных белков (рН 7,5) и освобождение от липидов.
3.Изоэлектрическое осаждение фракции инсулина (при рН 5,5) и осаждение спиртом, ацетоном, эфиром.
4.Очистка инсулина: осаждение солями, фракционирование методами хроматографии, гель-фильтрации и др.
5.Кристаллизация инсулина.
6.Переосаждение цинк-инсулина.
Свежие или замороженные поджелудочные железы измельчают на мясо- рубке-волчке и экстрагируют ремацерацией первый раз 80-85% этанолом в реакторе с мешалкой. Второй раз экстрагируют 57% этанолом, который подкислен ортофосфорной кислотой (хлористоводородной или серной) до значения рН 2,8-3. Экстракцию проводят 1,5 – 4 часа при постоянном перемешивании. Подкисленный спирт способствует инактивации фермента трипсина, находящегося в поджелудочной железе, благодаря чему удается сохранить инсулин в неизменном состоянии. На некоторых предприятиях используют роторно-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
пульсационный аппарат для экстракции, что в значительной мере определяет интенсивность экстрагирования инсулина (1,5 часа).
Полученные вытяжки объединяют, оставляют на холоду на 48 часов для освобождения от нежелательных белков, которые выпадают в виде осадка. Осадок отделяют центрифугированием и удаляют. Затем для выделения и очистки инсулина применяют ионообменную хроматографию (наиболее прогрессивный способ очистки). Осуществляют сорбцию инсулина из прозрачной жидкости на макропористом сульфокатионите КУ-33-30/100 при значении рН 3,0-3,3 в режиме псевдоожижения. Липиды удаляют путем промывки катионита 65-67% этанолом, при этом балластные белки удаляют промыванием 0,3 М раствором ацетатного буфера (рН 5,3).
Десорбцию инсулина осуществляют быстро с помощью 0,01 - 0,05 М раствора аммонийного буфера (при рН 10) и немедленно подкисляют кислотой хлористоводородной до значения рН 4,5, добавляют ацетон. Выпавший осадок балластных веществ удаляют. Инсулин осаждают раствором цинка ацетата (при рН 6,2) – получают цинк-инсулин, который очищают кристаллизацией. Цинкинсулин растворяют в воде, подкисленной кислотой лимонной до значения рН 2,8. Раствор отстаивают в течение 1 часа, выпавший осадок балластных белков удаляют фильтрованием через кизельгур. Фильтрат смешивают с ацетоном, добавляют цинк хлористый и фенол, охлаждают до температуры 0°С. Для медленной кристаллизации инсулина создают условия с последовательным постепенным изменением рН раствора. Раствор подщелачивают до значения рН 8,5; оставляют на 2-3 мин, затем создают значение рН 6,8, перемешивают 1 час; при значении рН 6,5 перемешивают 2 часа; при значении рН 6,2 и 6,0 перемешивают 2 часа и отстаивают 20 часов; при значении рН 5,8 перемешивают 2 часа и отстаивают 48-96 часов при температуре 5°С. Выпавшие кристаллы инсулина отделяют центрифугированием, промывают последовательно ледяной очищенной водой, ацетоном, эфиром. Досушивание проводят на воздухе или сушильном шкафу.
Многие фармацевтические предприятия и компании проводят широкомасштабные исследования по усовершенствованию технологии получения инсулина. Так, Датская компания «Ново индастри» производит человеческий инсулин методом генной инженерии, в основе которого лежит замена остатка ала-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
нина, в цепи В на остаток треонина. Этого удалось достигнуть путем ферментативного замещения с последующей хроматографической очисткой продукта; в результате чего был получен однокомпонентный инсулин человека 99%-ной чистоты.
Исследования американской компании «Эли Лилли» привели к более высокому техническому уровню производства и процессов очистки инсулина. Начиная с 1980 года, все выпускаемые инсулины изготовляются с применением ионообменной хроматографии на стадии дополнительной очистки.
Компания «Эли Лилли» – один из крупнейших центров по разработке технологии создания инсулина методами генной инженерии. В частности в непатогенных Е-12 штаммах клеток E. Coli осуществлен биосинтез инсулина. Для этого на РНК проинсулина с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. Молекула проинсулина сворачивается и после образования дисульфидных связей образует молекулу инсулина. Процедура строгой очистки, связанная с производством человеческого инсулина на основе рекомбинантной ДНК, включает в себя изоэлектрическое осаждение и кристаллизацию, гельфильтрационную хроматографию, ионообменную хроматографию.
В настоящее время выпускается несколько разновидностей препаратов инсулина.
Инсулин для инъекций (Insulinum pro injectionibus) получают путем рас-
творения кристаллического инсулина в воде, подкисленной кислотой хлороводородной до значения рН 3,0-3,5. К раствору добавляют солюбилизатор (1,6- 1,8% глицерина) и в качестве консерванта – фенол (0,25-0,3%). Раствор стерилизуют фильтрованием через стерилизующие фильтры. В 1 мл содержится 40 или 80 ЕД.
Суинсулин (Suisulinum) – раствор кристаллического инсулина, получаемого из поджелудочной железы свиней, в ацетатном буфере. Раствор имеет значение рН 7,0-7,5; в качестве консерванта используется нипагин. В 1 мл содержится 40 или 80 ЕД. Форма выпуска по 5 или 10 мл во флаконах, укупоренных резиновыми пробками и алюминиевыми колпачками.
Применяют оба препарата главным образом для лечения сахарного диабета. Они оказывают относительно непродолжительное сахароснижающее действие.
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
Эффект обычно наступает через 15-20 мин после инъекции, общая продолжительность действия до 6 часов. Суинсулин реже вызывает аллергические реакции.
Выпускают ряд пролонгированных препаратов инсулина.
Суспензия инсулин-протамина для инъекций (Suspensio insulinprotamini pro injectionibus). Готовят из кристаллического инсулина с добавлением протамина сульфата и натрия фосфата двузамещенного; консервируется ме- та-крезолом, фенолом или нипагином с добавлением глицерина. Сахароснижающий эффект наступает через 2-4 часа после инъекции и продолжается 16-18 часов.
Суспензия цинк-инсулина аморфного для инъекций (Suspensio zincinsulini amorphi pro injectionibus). Это стерильная суспензия инсулина с хлоридом цинка в буферном (ацетатном) растворе. Готовят из кристаллического инсулина, который находится в суспензии в виде аморфных частиц, нерастворимых в воде. Содержит в 1 мл 40 или 80 ЕД инсулина и соответственно 80 или 160 мкг цинка. Консервируется фенолом (0,25-0,3%), рН 7,1-7,5. Сахароснижающий эффект наступает через 1-1,5 часа, продолжается 10-12 часов.
Суспензия цинк-инсулина для инъекций (Suspensio zinc-insulini pro injectionibus). Стерильная суспензия цинк-инсулина аморфного и цинк-инсулина кристаллического в отношении 3:7 в ацетатном буфере. Содержит в 1 мл 40 ЕД инсулина и 80-100 мкг цинка; рН 7,1-7,5. Сахароснижающий эффект наступает через 2-4 часа, умеренно усиливается, достигает максимума через 8-10 часов и продолжается 20-24 часа. По характеру действия суспензия близка к зарубеж-
ному препарату «Insulinum lente».
Протамин цинк-инсулин для инъекций (Protamin zinc-insulinum pro injectionibus). Получают путем прибавления к раствору кристаллического инсулина раствора протамина сульфата цинка хлорида и фосфата натрия. Стерильная водная суспензия белого цвета, при встряхивании не должна содержать крупных частиц. При хранении расслаивается с образованием осадка и бесцветной жидкости. Консервируется фенолом (0,25-0,3%); рН 6,9-7,3. В 1 мл с одержится 40 ЕД инсулина. Эффект наступает через 3-6 часов после введения и продолжается 24-36 часов.
Суспензия цинк-инсулина кристаллического для инъекций (Suspensio zinc-insulini pro injectionibus). Стерильная суспензия инсулина с хлоридом цинка в буферном (ацетатном) растворе. Инсулин находится в виде кристаллов, нерас-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
творимых в воде. Содержит в 1 мл 40 ЕД инсулина и 80-100 мкг цинка; рН 7,1- 7,5. Сахароснижающий эффект наступает через 6-8 часов, всего продолжается 30-36 часов. По характеру действия эта суспензия близка к зарубежному препа-
рату «Insulinum ultralente».
В последнее время разработаны новые, очищенные от проинсулина и высокомолекулярных белков препараты инсулина. Они лучше переносятся, не вызывают аллергических реакций. К этой группе относятся: моноинсулин; суспензия инсулина-семилонг; суспензия инсулина-лонг и ультралонг. Моноинсулинпрепарат короткого действия, содержит кристаллический свиной инсулин и применяется при тех же показаниях, что и суинсулин. Остальные препараты являются препаратами пролонгированного действия:
а) суспензия инсулина-семилонг соответствует по действию инсулину «Семиленте» или суспензии цинк-инсулина аморфного для инъекций; длительность действия 10-12 часов;
б) суспензия инсулина-лонг соответствует по действию инсулину «Ленте» или суспензии цинк-инсулина для инъекций; длительность действия 20-24 часа; в) суспензия инсулина-ультралонг соответствует по действию инсулину «Ультраленте» или суспензии цинк-инсулина кристаллического для инъекций; длительность действия 30-36 часов. Применяют эти препараты так же, как соот-
ветствующие им пролонгированные препараты.
12.4. ПРЕПАРАТЫ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Препараты щитовидной железы представлены тиреодином и трийодтиронина гидрохлоридом.
Тиреоидин (Tyreoidinum). Гормональный препарат, получаемый из высушенных обезжиренных щитовидных желез убойного скота. Это порошок жел-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
товато-серого цвета со слабым запахом характерным для высушенных животных тканей. Нерастворим в воде, спирте и других растворителях.
Щитовидные железы извлекают немедленно после убоя от нормально развитых и здоровых животных на бойнях или мясокомбинатах. Для производства препарата их замораживают при температуре (–8–12) °С и доставляют в морозильных камерах для переработки. Перед переработкой отобранные железы размораживают, быстро моют в воде, очищают от окружающих посторонних тканей: жира, соединительных тканей, мышц, крупных сосудов и т.д. Затем щитовидные железы измельчают в мясорубке-волчке, полученную кашицу раскладывают на плоские эмалированные противни и высушивают в вакуумсушильном шкафу при температуре, не превышающей 40°С. После бережного высушивания материал обезжиривают в аппарате типа «Сокслет» органическими растворителями с низкой температурой кипения, хорошо извлекающими жиры. Остатки органических растворителей удаляют из сырья просушиванием в вакуум-сушилках при температуре не выше 40°С. Сухую обезжиренную массу измельчают в фарфоровых шаровых мельницах. Препарат стандартизуют по содержанию органически связанного йода, которого должно быть 0,17 – 0,23%. При необходимости препарат разбавляют молочным сахаром. Выпускают препарат в виде порошка или таблеток, покрытых оболочкой по 0,05 и 0,1 г. Хранят по списку Б, в сухом, прохладном, защищенном от света месте. Действие тиреоидина связанно с наличием в нем двух гормонов: тироксина и трийодтиронина (в организме оба являются левовращающимися изомерами). Химический тироксин отличается от трийодтиронина наличием в молекуле одного дополнительного атома йода. Тиреоидин назначают внутрь при недостаточной функции щитовидной железы.
Трийодтиронина гидрохлорид. В настоящее время трийодтиронин получен синтетическим путем. Синтетический препарат, соответствующий по строению и действую естественному гормону щитовидной железы, выпускается в виде трийодтиронина гидрохлорида. Трийодтиронин в 3-5 раз более эффективен, чем тироксин, действует быстрее, так как он меньше связывается белками крови, транспортируется преимущественно в свободном виде и быстрее проникает через клеточные мембраны. Дозы применения индивидуализируют с учетом возраста больных, характера и течения заболевания. Взрослым назначают,
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
начиная с 5-25 мг в сутки. При необходимости дозу постепенно увеличивают до 40-60 мкг, а иногда до 100 мкг (0,1 мг) в сутки. Препарат назначают внутрь при недостаточной функции щитовидной железы. В более высоких дозах его применяют при избыточной тиреотропной функции гипофиза. Хранят (как и тиреодин) по списку Б.
12.5. ПРЕПАРАТЫ ГИПОФИЗА
Из передней доли гипофиза убойных животных крупного рогатого скота, овец и свиней получают для медицинского применения препараты: кортикотропин для инъекций, суспензию цинк-кортикотропина, тиротропин, лактин, адипозин.
Кортикотропин (Corticotropinum) – адренокортикотропный гормон (АКТГ) образуется в базальных клетках передней доли гипофиза. Это полипептидный гормон, состоящий из 39 аминокислот. Его активность определяется биологическим путем и выражается в единицах действия (ЕД). Кортикотропин является физиологическим стимулятором коры надпочечников. Он вызывает усиление биосинтеза и выделения в ток крови кортикостероидных гормонов, главным образом глюкокортикоидов (кортизон, кортизол и др.) а также андрогенов. Одновременно уменьшается содержание в надпочечниках аскорбиновой кислоты, холестерина. Между выделением кортикотропина из передней доли гипофиза и концентрацией гормонов коры надпочечников в крови существует тесная связь.
Наиболее распространенный способ промышленного производства гормонов из гипофиза разработан во ВНИИ технологии кровезаменителей и гор-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
мональных препаратов (г. Москва) заключается в комплексной переработке сырья, когда последовательно выделяют отдельные гормоны из передней доли гипофиза. Технология выделения адренокортикотропных гормонов постоянно усовершенствуется особенно на стадиях экстракции, а также очистки от балластных белковых веществ.
Из свежезамороженных передних долей гипофизов готовят фарш, который экстрагируют подкисленным ацетоном (1% раствор НСl в 90% ацетоне). Кислая водно-ацетоновая вытяжка центрифугируется. В фильтрате находятся АКТГ и лактогенный гормон, которые осаждаются ацетоном. Концентрация ацетона в смеси достигает 92%. Эта смесь отстаивается на холоду при температуре -2-5°С в течение 10-12 часов. Получают кислый ацетонированный осадок, который отделяют, промывают на нутч-фильтре охлажденным 98% ацетоном и высушивают на воздухе. Кислый ацетонированный порошок растворяют в воде подкисленной уксусной кислотой, и постепенно добавляют раствор аммиака до значения рН 5,0. В изоэлектрической точке осаждается лактогенный гормон. Осадок отделяют центрифугированием и используют для получения препарата лактина. После отделения лактогенного гормона к оставшемуся добавляют ам- монийно-ацетатный буферный раствор (рН 5,0) и пропускают через колонку, заполненную катионитом КМ-сефадекс К-25. По завершению сорбции кортикотропина на ионообменой смоле проводят его десорбцию этанольным раствором аммонийно-ацетатного буфера. Из элюата АКТГ осаждают этанолом. Осадок отделяют центрифугированием, промывают этанолом, ацетоном и высушивают на воздухе. Получают суспензию АКТГ активностью 70-90 ЕД/мг. Стандартизуют АКТГ биологическим методом. Оставшийся жмых после получения АКТГ и лактина собирают и используют для получения соматотропного, фоликулостимулирующего, лютенизирущего и тиреотропного гормонов.
Согласно более новым технологическим разработкам очистка АКТГ - сырца осуществляется путем адсорбции АКТГ оксицеллюлозой из раствора в 0,1 М уксусной кислоте. АКТГ элюируют с оксиметилцеллюлозой 0,1 М серной кислотой и осаждают гормон из элюата ацетоном. На этой стадии очистки получают АКТГ с активностью 25 ЕД/мг.
Предложена очистка путем зонального электрофореза на крахмале, благодаря чему получен препарат АКТГ с более высокой активностью (75 ЕД/мг).
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
При использовании хроматографической колонки со смолой УКС-50 получен препарат с еще большей активностью (100 ЕД/мг).
Из задней доли гипофиза убойных животных крупного рогатого скота и свиней получают для медицинского применения препараты: питуитрин для инъекций – представляющий собой экстракт задней доли гипофиза и содержащий окситоцин и вазопрессин, адиурексин и др.
12.6. ПРЕПАРАТЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ
Препараты надпочечников – это адреналина гидрохлорид, адреналина гидротартрат, кортин, кортизона ацетат, гидрокортизон, преднизолон, метилпреднизолон, дексаметазон, синаплан и др.
Надпочечники крупного рогатого скота служат сырьем для получения адреналина и кортикостероидов. После убоя крупного рогатого скота надпочечники извлекают немедленно в течение первого получаса, замораживают или консервируют потому, что адреналин, как производное пирокатехина, быстро окисляется в водном растворе. Разработана технология комплексной переработки надпочечников с целью выделения биологически активных веществ разного строения.
Надпочечные железы измельчают в мясорубке-волчке из нержавеющей стали или покрытой внутри эмалью. Фарш смешивают с сухим льдом и оставляют на 36 часов при температуре (–2) °С. Этим достигается интенсификация процесса экстракции. Экстрагирование проводят подкисленным спиртом 3 раза. Вытяжки объединяют, спирт отгоняют под вакуумом. Водный остаток упаривают до 1/15 первоначального объема при температуре не выше 40 °С. Кубовый остаток смешивают с тремя частями охлажденного ацетона и оставляют на 20
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
часов при температуре 0 – 5 °С. Выпавший осадок отделяют и выбрасывают. Из оставшейся жидкости отгоняют ацетон под вакуумом. Водную вытяжку второй раз отстаивают на холоду при 5 – 10 °С. Вытяжку отделяют от остатка, а остаток промывают 50% спиртом. Эти спиртовые смывы, а также смыв из куба после отгонки спирта (см. выше), объединяют и под вакуумом отгоняют спирт. Водный остаток фильтруют, фильтрат обрабатывают охлажденным ацетоном. Осадок отбрасывают, а водную часть концентрируют под вакуумом и соединяют с основной вытяжкой. Эту вытяжку охлаждают и 3-4 раза экстрагируют дихлорэтаном из расчета 3 л дихлорэтана на 10 л вытяжки. В дихлорэтан переходят кортикостероиды, а в водной фазе остается основная масса адреналина.
Дихлорэтановые извлечения с кортикостероидами взбалтывают с небольшим количеством воды, после чего смесь помещают на 10–12 ч в холодильную камеру при температуре (–10–15) °С. Отделившийся водный слой, содержащий некоторое количество адреналина, замерзает в виде корки, хорошо отделяемой от дихлорэтанового извлечения. Дихлорэтановое извлечение выпаривают под вакуумом до полного удаления дихлорэтана. Остаток растворяют в 70% спирте и оставляют при 0°С на 10 – 12 ч. Спиртовую жидкость фильтруют через бумагу и 3-4 раза обрабатывают петролейным эфиром. Из очищенного спиртового раствора под вакуумом удаляют спирт, а остаток (сиропообразная масса) растворяют в изотоническом растворе натрия хлорида, консервированном 10% -ным этиловым спиртом. Этой же жидкостью разбавляют раствор из расчета получения 1 л из 25 кг надпочечников свиней и из 40 кг надпочечников крупного рогатого скота. После этого раствор доводят до рН 4,2–4,5 и последний раз выдерживают при температуре 2 – 5 °С. После стандартизации фильтруют через бактериальный фильтр и с соблюдением правил асептики заполняют ампулы.
Адреналин получают из водной вытяжки, отделенной от дихлрэтана после вымораживания, которую подщелачивают 25% раствором аммиака до значения рН 9,2. Выпадает адреналин-основание. Для полноты его осаждения жидкость отстаивают в течение суток при температуре 10 – 12 °С. Отстоянную жидкость фильтруют и собирают кристаллы адреналина, которые промывают крепким спиртом, а затем эфиром. Полученный адреналин-сырец, с целью дальнейшей
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
очистки, растворяют в воде, подкисленной хлороводородной кислотой. Осадок собирают на фильтре, промывают последовательно: водой, спиртом, эфиром.
Выпускают в виде адреналина гидрохлорида и адреналина гидротартрата.
Адреналина гидрохлорид (Adrenalini hidrochloridum). Белый или слегка розовый кристаллический порошок. Чистый и подсушенный адреналин растворяют в 0,01 М растворе хлороводородной кислоты в соотношении 1:1000, консервируют хлорбутанолом и натрия бисульфитом; рН 3,0 – 3,5. В асептических условиях проводят стерильную фильтрацию. Заполняют обычно или в ампулы в токе инертного газа, или во флаконы темного стекла.
Адреналина гидротартрат (Adrenalini hydrotartras). Белый или белый с сероватым оттенком кристаллический порошок. Легко изменяется под действием света и кислорода воздуха. Хорошо растворим в воде, в спирте. Водные растворы (рН 3,0 – 4,0) более стойкие, чем растворы адреналина гидрохлорида. Стерилизуют при 100 °С 15 минут.
По действию адреналина гидротартрат не отличается от адреналина гидрохлорида. Применяют как местное сосудосуживающее, при простой открытоугольной форме глаукомы.
Форма выпуска адреналина гидрохлорида: во флаконах по 10 мл 0,1% раствор для наружного применения и в ампулах по 1 мл 0,1% раствор для инъекций; адреналина гидротартрата: в ампулах по 1 мл 0,18% раствор для инъекций и во флаконах по 10 мл 0,18% раствор для наружного применения. Хранение: в прохладном, защищенном от света месте. Список Б.
Кора надпочечников человека вырабатывает большое количество стероидных гормонов, которые называются кортикостероидами. Они являются производными прегнана и по химическому строению могут быть разделены на 11дезоксистероиды, 11-оксистероиды и 11, 17-оксистероиды.
Основными представителями первой подгруппы являются альдостерон и дезоксикортикостерона ацетат. Эти гормоны влияют на обмен электролитов и воды в организме.
К представителям второй подгруппы (природных) глюкокортикостероидов относятся кортизол (гидрокортизон) и кортизон, которые активно влияют на углеводный и белковый обмен. Они также способствуют накоплению гликогена в печени, повышают содержание сахара в крови, вызывают увеличение выделе-
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
ния азота с мочой. Глюкокортикостероиды оказывают противовоспалительное, десенсибилизирующее и антиаллергическое действие.
Для их получения корковую часть надпочечников измельчают и экстрагируют эфиром, далее гормоны переводят в спирт, а затем в изотонический раствор хлорида натрия.
Кортин (Cortinum) – водный раствор очищенного экстрагента коры надпочечников. Препарат обладает биологическими свойствами гормонов коры надпочечников (регулирование минерального, белкового и углеводного обмена). Выпускается в ампулах по 1 мл, активностью 10 ЕД в 1 мл. Применяется при лечении болезни Аддисона, общей адинамии.
Кортизона ацетат (Cortisoni acetas). Белый порошок, практически нерастворим в воде, мало растворим в спирте. Назначают внутрь или внутримышечно (в виде суспензии) при наличии показаний к применению глюкокортикостероидов. Внутрь обычно применяют в первые дни лечения по 0,1 – 0,2 г в сутки (в 3- 4 приема), затем дозу постепенно уменьшают до минимальной, достаточной для поддержания терапевтического эффекта. Курсовая доза при ревматизме составляет 3 – 4 г. внутримышечно вводят по 0,025 – 0,05 г 1 раз в сутки или два раза с промежутком в 8 – 12 часов.
Гидрокортизон (Hydrocortisonum). По действию на организм близок к кортизону, но несколько более активен. Дозы при приеме внутрь и введении в
мышцы составляют 2/3 дозы кортизона. В медицинской практике применяют: гидрокортизон, гидрокортизона ацетат, гидрокортизона сукцинат.
Гидрокортизон (свободный спирт) используется в основном для изготовления лекарственных форм: гидрокортизона ацетат (Hydrocortisoni acetas) – наружно применяют в виде 1% мази при аллергических болезнях кожи; микрокристаллическая суспензия гидрокортизона, которую вводят внутрисиновиально по 5 – 25 мг; суспензия гидрокортизона ацетата 2,5% для инъекций (Suspensio Hydrocortisoni acetati 2,5% pro injectionibus) в ампулах по 2 мл и готовят 0,5% глазную мазь (Unguentum hydrocortisoni acetatis 0,5%); мазь гидрокортизоновая 1% (Unguentum hydrocortisoni 1%); мазь «Кортикомицетин» (Unguentum «Corticomycetinum»). Мази применяют при воспалительных и аллергических заболеваниях кожи, в том числе осложненных микробной флорой, чувствительной к левомицетину.
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
Гидрокортизона гемисукцинат (Hydrocortisoni hemisuccinas). Выпускает-
ся для инъекций в виде натриевой соли в лиофилизированной форме. Препарат применяют при острой недостаточности надпочечников, при бронхоастматическом статусе, для лечения шока при инфаркте миокарда, для лечения тиреотоксического криза. Выпускается в ампулах по 5 мл, содержащих по 0,025 г препарата или по 10 мл с 0,1 г препарата.
Преднизон (Prednison). Выпускается обычно в виде преднизона ацетата
(Prednisoni acetas). По характеру действия и показаниям к применению близок к кортизону, но в 3-5 раз более активен и меньше влияет на минеральный обмен. Выпускается в виде таблеток по 0,0011 и 0,0056 г.
Преднизолон (Prednisolonum). Это дигидрированный аналог гидрокортизона. По действию и активности близок к преднизону. Применяют при ревматизме, инфекционном неспецифическом полиартрите, бронхиальной астме, острой лимфатической и миелоидной лейкемии и других показаниях к применению глюкокортикотероидов. Таблетки выпускают с содержанием 0,001 и 0,005 г преднизолона.
Преднизолон гемисукцинат (Prednisolonhemisuccinas). Выпускается в лиофилизированном виде в ампулах по 0,025 г. Показания к применению такие же, как для преднизолона. Применяют внутривенно или внутримышечно. Содержимое ампулы растворяют в 5 мл воды для инъекций, предварительно подогретой до 35 – 37 0С.
Для местного применения при кожных заболеваниях выпускают 0,5% преднизолоновую мазь (5 г мази в т убах с содержанием преднизолона 25 мг). Применяют при воспалительных и аллергических заболеваниях кожи немикробной этиологии. Способ применения и противопоказания такие же, как для мази гидрокортизоновой.
Метилпреднизолон (Methylprednisolonum). Это аналог преднизолона. По активности близок к преднизону и преднизолону, но не обладает минералокортикоидной активностью, что обеспечивает лучшую переносимость. Выпускает-
ся в таблетках по 0,004 г (4 мг), 0,016 г (16 мг), 0,032 г (32 мг) і 0,1 г (100 мг) и в растворимой форме (в виде натрия сукцината) – сухой порошок в ампулах по 0,002 и 0,04 г для взрослых и по 0,008 г для детей (с приложением ампулы с растворителем – водой для инъекций).
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
Дексаметазон (Dexamethasonum). Характерной особенностью химического строения дексаметазона является наличие в его молекуле атома фтора. По действию на организм близок к другим глюкокортикостероидам, но более активен, оказывает сильное противовоспалительное и антиаллергическое действие. По эффективности 0,5 мг дексаметазона соответствуют примерно 3,5 мг преднизолона или 17,5 мг кортизона, таким образом, он в 7 раз активнее преднизолона и в 35 раз активнее кортизона. Показания к применению в основном такие же, как и для других аналогичных препаратов: ревматоидный артрит, дерматозы, лимфогранулематоз, нефротический синдром. Суточная доза для взрослых равна 0,002 – 0,003 г. Форма выпуска: таблетки по 0,0005 г. Хранение: в сухом, защищенном от света месте. Список Б.
Для применения в офтальмологической практике выпускаются глазные капли: дексаметазона 0,1% глазная суспензия (во флаконах по 10 мл); офтандексаметазон, содержащий в 1 мл 1 мг (0,1%) дексаметазона 21-фосфата. Эти капли применяются при кератитах, иритах, а также для уменьшения воспалительных явлений после глазных операций, травме.
Глазные-ушные капли «Дексона» («Dexona») содержат 0,1% раствор дексаметазона натрия фосфата и 0,5% раствор неомицина сульфата. Выпускаются во флаконах-капельницах по 5 мл. Применяют при кератитах, блефаритах, воспалении среднего уха и др.
Синафлан (Synaflanum). Белый с кремовым оттенком кристаллический порошок, практически не растворим в воде, растворим в спирте. Близок по строению к преднизолону, дексаметазону, но содержит в молекуле два атома фтора – в положении С6 и С9. Является действующим началом мази синафлана, аналогичной по действующему началу и лечебному эффекту мази «Синалар».
Мазь синафлана 0,025% (Unguentum Synaflani 0,025%). Мазь светло-
желтого цвета. Применяют при местных воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек, экземе, ограниченном псориазе и др. Форма выпуска: в алюминиевых тубах по 10 мл или 15 г. Хранение: в сухом прохладном месте. Список Б.
За последние годы путем химического синтеза получены инсулин и некоторые белковые гормоны гипофиза (кортикотропин, соматотропин), препараты некоторых стероидных гормонов, производных аминокислот и пептидов (окситоцин,
ПРЕПАРАТЫ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ. ПРЕПАРАТЫ ГОРМОНОВ
вазопрессин). Но химический синтез полипептидных гормонов, состоящих из десятков аминокислотных остатков, многостадиен, трудоемок, нерентабелен. Также интенсивно развиваются физико-химическое и генетическое направление в биотехнологии, что позволило создать новые технологии веществ белковой природы. Методами генной инженерии получены штаммы-продуценты пептидных гормонов: инсулина, соматотропина, кальцитонина и др. Получение гормонов методом биосинтеза является экономически более эффективным, так как не требует использования высоких температур, катализаторов, давления и т.д.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
ГЛАВА 13. ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
13.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Ферменты или энзимы (от лат. fermentum – закваска) – специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Почти все биохимические реакции, протекающие в любом организме, катализируются соответствующими ферментами. Направляя и регулируя обмен веществ, ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности.
Ферменты входят в состав всех клеток и тканей живых организмов и регулируют течение процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Разнообразие этих процессов свидетельствует о существовании большого количества ферментов. В настоящее время известно около 2000 ферментов, примерно 100 из них получены в кристаллическом состоянии.
Как и все белки, энзимы являются высокомолекулярными соединениями с молекулярной массой от 10000 до 1000000. Они обладают несложной структурой, весьма чувствительны к изменениям рН среды и температуры. Оптимальная температура, при которой активность ферментов наиболее высока, находится обычно в пределах 40-50 °С. При более низких температурах скорость ферментативной реакции, как правило, снижается, а при температурах, близких к 0 °С, реакция практически полностью прекращается. При повышении температуры выше оптимальной скорость ферментативной реакции также снижается и, наконец, полностью прекращается. Снижение интенсивности действия ферментов при повышении температуры сверх оптимальной объясняется, главным образом, начинающимся разрушением (денатурацией) входящего в состав ферментов белка. Поскольку белки в сухом состоянии денатурируются значительно медленнее, чем белки оводнённые (в виде белкового геля или раствора), инактивирование ферментов в сухом состоянии происходит гораздо медленнее, чем в присутствии влаги.
Важнейшим фактором, от которого зависит действие ферментов, является активная реакция среды – рН. Отдельные ферменты различаются по оптимальной для их действия величине рН. Так, например, пепсин, содержащийся в желудочном соке, наиболее активен в сильнокислой среде (рН 1-2); трипсин –
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
протеолитический фермент, выделяемый поджелудочной железой, имеет оптимум действия в слабощелочной среде (рН 8-9); оптимум действия папаина – протеолитического фермента растительного происхождения находится в слабокислой среде (рН 5-6).
Действие ферментов зависит также от присутствия специфических активаторов и неспецифических или специфических ингибиторов. Так, энтерокиназа, выделяемая поджелудочной железой, превращает неактивный трипсиноген в активный трипсин. Подобные неактивные ферменты, содержащиеся в клетках и в секретах различных желёз, называются проферментами. Многие знзимы активируются в присутствии соединений, содержащих сульфгидрильную группу (-SН). К ним принадлежат аминокислота цистеин и трипептид глутатион, содержащийся в каждой живой клетке. Особенно сильное активирующее действие глутатион оказывает на некоторые протеолитические и окислительные ферменты. Неспецифическое угнетение (ингибирование) ферментов происходит под действием различных веществ, дающих с белками нерастворимые осадки или блокирующих в них какие-либо группы (например, SН-группы). Существуют более специфические ингибиторы ферментов, угнетение которыми каталитических функций основано на специфическом связывании этих ингибиторов с определёнными химическими группировками в активном центре ферментов. Различают обратимое и необратимое ингибирование ферментов. В случае обратимого ингибирования (например, действие малоновой кислоты на сукцинатдегидрогеназу) активность ферментов восстанавливается при удалении ингибитора диализом или иным способом.
При необратимом ингибировании действие ингибитора, даже при очень низких его концентрациях, усиливается со временем и в конце концов наступает полное торможение активности ферментов. Ингибирование ферментов может быть конкурентным и неконкурентным. При конкурентном ингибировании ингибитор и субстрат конкурируют между собой, стремясь вытеснить один другого из фермент-субстратного комплекса.
Существуют вещества различной химической природы, способные тормозить протекание биохимических реакций, в которых фермент является катализатором. Торможение может быть как обратимым, так и необратимым. Ингибиторы соответственно делят на обратимые и необратимые. При воздействии обра-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
тимых ингибиторов активность фермента можно восстановить путем удаления ингибитора, например, с использованием селективных мембран или диализа. При воздействии обратимых ингибиторов активность фермента не восстанавливается.
Когда ингибитор имеет по своей структуре сходство к биоспецифическому субстрату конкретного фермента, происходит его присоединение к активному участку катализатора. Ингибитор мешает присоединению субстрата, торможение прекращается. При неконкурентном ингибирование ингибитор присоединяется не там, где связывается субстрат, и от внесения избытка субстрата фермент не освобождается. В случае неконкурентного ингибировании фермент может одновременно связываться и с ингибитором, и с субстратом. Существуют ингибиторы и смешанного действия, что зависит от структурных особенностей ингибитора и фермента. Смешанный тип ингибирования может возникать, и в случае, когда ингибитор соединяется не с исходным фермент-субстратным комплексом, а с какими-нибудь промежуточными продуктами, образующимися в процессе реакции.
Ингибиторами ферментов являются соли тяжелых металлов – вещества, специфически влияющие на сульфгидрильные группировки ферментного белка (органические соединения ртути, мышьяка), специфичные белки растений, микроорганизмов и животных, полисахариды, антибиотики, таннины и др.
В соответствии с современной классификацией все ферменты делят на шесть основных классов по типу катализируемой ими реакции: оксидоредукта-
зы; трансферазы; гидролазы; лиазы; изомеразы; лигазы.
Класс оксидоредуктаз включает ферменты, катализирующие окислитель- но-восстановительные реакции, и разделяется на 14 подклассов в зависимости от природы той группы в молекуле субстрата, которая подвергается окислению (спиртовая, альдегидная, кетонная и т.д.).
Класс трансфераз, объединяющий энзимы, катализирующие реакции переноса групп, подразделяется на 8 подклассов в зависимости от природы переносимых групп, которыми могут быть одноуглеродные или гликозильные остатки, азотистые или содержащие серу группы и т.д.
К гидролазам принадлежат ферменты, катализирующие гидролитическое расщепление различных соединений; разделяются на 9 подклассов в зависимо-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
сти от типа гидролизуемой связи – сложноэфирной, пептидной, гликозидной и т.д. Этот класс ферментов является основным в номенклатуре фармацевтических препаратов.
Лиазы – ферменты, отщепляющие от субстрата ту или иную группу (негидролитическими путями) с образованием двойной связи или, наоборот, присоединяющие группы к двойным связям.
Изомеразы, катализирующие реакции изомеризации, разделяются на 5 подклассов в зависимости от типа катализируемой реакции.
Лигазами (или синтетазами) называются ферменты, которые катализируют соединение двух молекул, сопряжённое с расщеплением пирофосфатной связи в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) или аналогичного трифосфата.
Все ферменты разделяются на две большие группы: однокомпонентные, состоящие исключительно из белка, и двухкомпонентные, состоящие из белка, называемого апоферментом, и небелковой части, называемой простетической группой. Апофермент двухкомпонентных ферментов называют также белковым носителем, а простетическую группу (кофермент) – активной группой. Установлено, что простатические группы многих ферментов представляют собой производные витаминов или нуклеотидов. Роль коферментов в общем механизме биокатализа настолько важна, что их следует рассматривать как отдельную группу БАВ с разными механизмами действия.
Поскольку очень трудно получить энзимы в гомогенном состоянии, а существующие препараты обладают, кроме основной, и сопутствующими энзиматическими активностями, сложилась практика классифицировать ферменты, выпускаемые промышленностью по основному, преобладающему компоненту:
амилотические; липолитические; целлюлозолитические; протеолитические и др.
Наиболее развита промышленность по производству препаратов ферментов в США, Японии, Великобритании, Германии, Дании, Нидерландах и Франции. Ежегодный прирост объемов производства ферментов за последние 25 лет составлял от 5 до 15%.
Высокоочищенные ферментные препараты широко используются в медицине. В настоящее время более 50 ферментных препаратов применяется в ме-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
дицине и их число с каждым годом увеличивается. Ферменты в медицине используются в следующих направлениях:
–для устранения ферментной недостаточности желез организма (заместительная терапия);
–для удаления из крови вредных метаболитов (искусственная почка,
печень);
–для борьбы с тромбозом;
–для борьбы с накоплением эндотоксинов в процессе заживления ожогов и ран;
–в онкологической практике (для диагностических целей, клинических анализов);
–для получения антибиотиков с широким спектром действия.
Для промышленного производства ферментных препаратов представляют интерес те источники, которые доступны и содержат ферменты в достаточных количествах для получения высокой активности и выхода препарата. В основном ферменты получают из сырья животного и растительного происхождения, а также с помощью микроорганизмов. Ферменты животного происхождения выделяют из органов, в которых протекают интенсивные биохимические процессы.
Наиболее современные технологии получения ферментных препаратов основаны на использовании методов биотехнологии, то есть на использовании клеток микроорганизмов для производства ферментов, антибиотиков, витаминов, алкалоидов, аминокислот, органических кислот, полисахаридов и других.
13.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
Из идентифицированных ферментов (около 2000) различными отраслями промышленности выпускается около 250 наименований. При этом 99% от общего объема производства приходится на препараты 18-ти ферментов. Основными из них являются:
–бактериальные и грибные протоиназы и амилазы;
–глюкоамилазы и декстроназы;
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
–молокосвертывающие ферментные препараты;
–глюкоза из амиразы и инвертазы;
–пентолитические, целлюлолитические и гемицеллюлолитические препараты;
–дрожжевые бактериальные и грибные бета-галоктозидазы;
–липазы или липоксигиназы.
Наибольший удельный вес в производстве (до 60%) приходится на α- амилазы и протинозидазы, используемые в производстве синтетических моющих средств. Кроме того, ферментные препараты используются при производстве соков, вин, консервных продуктов, в пивоварении, спиртовой промышленности и др.
Большинство производственных лекарственных препаратов ферментов относятся к различным подклассам энзимов класса гидролаз. В связи с тем, что в состав ферментных препаратов помимо основного фермента входят ряд сопутствующих веществ белковой природы, товарные формы препаратов классифицируют по основному веществу.
Наименование препаратов включает: сокращенное название основного фермента – 1 часть названия препарата, 2 часть – видовое название продуцента. После названия препарата цифрой указывается способ культивирования: 2 – это жидкий неочищенный концентрат исходной культуры; 3 – это сухой препарат, полученный путем распыления в распылительной сушилке экстракта фермента с поверхностной культуры или культуральной жидкости, содержащей фермент; 10 – это сухие препараты, полученные осаждением ферментов органическими растворителями или методом высаливания; 15,18,20 – препараты, очищенные от балластных веществ и частично от сопутствующих ферментов наивысшей степени очистки. Для препаратов со степенью очистки выше 20 используют наименование в соответствии с международной номенклатурой и классификации фермента.
Далее следует индекс, обозначающий способ выращивания микроорганизма и степень очистки ферментов от сопутствующих веществ. При поверхностном способе культивирования за названием ставят – П, а при глубинном – Г. Тривиальные названия ферментов используются также для препаратов выделенных из растительных и животных источников (панкреотин, пепсин). Едини-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
цы активности (ЕА). Любой ферментный препарат характеризуется определенной ферментативной активностью. Различают:
–стандартную единицу активности – это такое количество фермента, которое катализирует превращение одного микромоля данного субстрата за одну минуту при заданных условиях, обозначается буквой Е или U;
–удельную активность – это число единиц, отнесённое к одному миллиграмму белка в ферментном препарате;
–молекулярную активность – число молекул данного субстрата, превращаемых за одну минуту одной молекулой фермента при оптимальной концентрации субстратов;
–каталитическую активность, способность осуществлять реакцию со скоростью равной 1 молю в секунду в заданной системе измерение активности.
13.3. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ
Органы и ткани животного происхождения до настоящего времени являются важным источником сырья для производства ферментов. При этом используются отходы мясоперерабатывающей промышленности (поджелудочная железа, слизистые оболочки кишечника свиней, сычуги крупного рогатого скота, молочных телят, семенники половозрелых животных). Накоплен значительный опыт по их переработке, разработаны рациональные технологические схемы получения нескольких препаратов из одного сырьевого источника. Однако использование животного сырья сопряжено с рядом трудностей, обусловленных переработкой больших количеств тканевых материалов убойного скота для получения необходимого количества ферментов, создание специальных условий для его хранения.
13.3.1. Препараты ферментов слизистой оболочки желудка Пепсин (Pepsinum) – препарт, содержащий протеолитичесий фермент.
Сырьем для получения пепсина служит слизистая оболочка желудка свиней, где он образуется в виде профермента – пепсиногена. Пепсиноген активируется кислотой хлороводородной и аутокаталитически, т.е. с помощью образовавшихся молекул пепсина. При этом от пепсиногена (М.м. 40000) сначала отщепляется
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
остаточный полипептид, а затем ингибитор пепсина. Образуется активный пепсин (М.м 34000). Пепсин относится к карбопротеиназам, содержащих остатки дикарбоновых аминокислот в активном центре, с оптимумом значения рН 1,5- 2,5.
При выделении протеолитического фермента основной задачей является получение его в активной форме. Поэтому экстракцию сочетают с автолизом.
Измельченные ткани заливают водой, подкисленной кислотой хлористоводородной до значения рН 1,9-2,3. Соотношение сырья и экстрагента 10:1. Настаивание проводят при температуре около 40ºС, перемешивая на протяжении 8 часов и повторно в течение 24 часов. Лизаты сливают, отделяют от верхнего слоя жира, объединяют, процеживают. Ферментную массу выделяют высаливанием, для чего к лизату (значение рН 1,9-2,3) при непрерывном перемешивании добавляют 20-25% раствор натрия хлорида. Пепсин, выделившийся из раствора, всплывает на поверхность. Его отделяют, сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре 35-40ºС, измельчают в фарфоровой шаровой мельнице и просеивают. Стандартизуют препарат по протеолитической активности (переваривание белка куриного яйца): 10 г протертого белка в присутствии 0,1 г препарата в стандартных условиях должны полностью растворяться через 3-4 часа, образуя опалесцирующий раствор. После определения биологической активности препарат смешивают с сахарной пудрой. Он представляет собой слегка желтоватый порошок, сладкого вкуса со слабым своеобразным запахом. Хранят в хорошо укупоренных банках в прохладном (2-15ºС), защищенном от света месте. Применяют при расстройствах пищеварения (гипо- и анацидный гастрит, диспепсия). Назначают внутрь в виде раствора в комбинации с ацидином (бетаина гидрохлорид).
Ацидин-пепсин (Acidin-pepsinum) выпускают в таблетках по 0,5 и 0,25 г, содержащих одну часть пепсина и 4 части бетаина гидрохлорида. При введении в желудок бетаина гидрохлорид легко гидролизуется с выделением свободной кислоты хлороводородной.
Абомин (Abominum) – препарат, содержащий сумму протеолитических ферментов, получают из слизистой оболочки желудка телят и ягнят молочного возраста. Он представляет собой аморфный порошок со специфическим запа-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
хом, соленого вкуса (содержит примесь натрия хлорида). Выпускают в форме таблеток по 0,2 г, с содержанием в одной таблетке 50000 ЕД.
Сок желудочный натуральный (Succus gastricus naturalis) получают по методу, предложенному И.П. Павловым, через фистулу желудка при мнимом кормлении собак или других животных (лошадей). Препарат представляет собой бесцветную прозрачную жидкость кислого вкуса, консервированную кислотой салициловой (0,03-0,04%). Он содержит все ферменты желудочного сока, 0,45-0,51% свободной кислоты хлороводородной, значение рН 0,8-1,2. Выпускают во флаконах по 100 мл. Хранят в защищенном от света месте, при температуре от 2 до 10ºС. Применяют при недостаточной функции желез желудка.
13.3.2. Препараты ферментов поджелудочной железы
Панкреатин (Pancreatinum) – препарат содержит ферменты поджелудочной железы, главным образом трипсин и амилазу и в незначительном количестве липазу. Сырьем для получения панкреатина служит поджелудочная железа свиней или крупного рогатого скота.
В поджелудочной железе протеолитические ферменты образуются в виде проферментов: трипсиногена, химотрипсиногена. Активирование этих ферментов происходит гидролизом того фрагмента их полипептидной цепи, который маскирует активный центр протеиназ. При получении панкреатина активирование проферментов поджелудочной железы осуществляют в экстракте в щелочной среде, в присутствии ионов кальция и с затравкой (панкреатин).
Ткани поджелудочной железы убойных животных измельчают на волчках и заливают водой, подкисленной кислотой уксусной ледяной 5 мл на 1 л воды. Настаивание сырья проводят в реакторе с мешалкой в течение 4 часов при температуре 10 ºС. Экстракт отделяют центрифугированием или процеживанием с последующим прессованием остатка. Для активирования проферментов в экстракте создают среду со значением рН 8,1; добавляют кальция хлорид, чтобы приготовить 0,05 М раствор, и затравку – панкреатин. Настаивают 24 часа при температуре 5 ºС. Затем экстракт подкисляют до значения рН 6,0 и в изоэле к- трической точке осаждают сопутствующие вещества. Осадок отделяют, обез-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
жиривают ацетоном и высушивают в вакуум-сушильном шкафу при температуре не выше 40 ºС. Измельчают в шаровой мельнице.
Стандартизуют панкреатин по протеолитической активности – способности переваривать белок казеин в слабощелочной среде. Панкреатин должен содержать в 1 г 25 -33 ЕД. Препарат выпускают в порошке и в таблетках, покрытых оболочками, растворимыми в кишечнике. Хранят в хорошо укупоренных банках, в сухом, прохладном месте. Применяют при хронических панкреатитах с недостаточной функцией поджелудочной железы.
Из поджелудочной железы крупного рогатого скота получают также такие ферменты, как: дезоксирибонуклеазы (ДНКазы), рибонуклеазы (РНКазы), трипсин, химотрипсин, ингибитор нуклеаз – пантрипина и инсулина.
Технология получения этих препаратов разработана лабораторией органопрепаратов Всесоюзного научно-исследовательского института мясной промышленности.
Принцип производства заключается в том, что измельченную поджелудочную железу подвергают автолизу, для чего смешивают ее с половинным количеством воды и оставляют на 18 часов при температуре 12ºС. Затем в реакторе с мешалкой проводят экстракцию методом бисмацерации водой, подкисленной кислотой ортофосфорной до значения рН 2,0-2,5, при температуре не выше 5ºС. Первая мацерация проводится с двойным количеством воды в течение 16 часов, вторая – с однократным 1 час. Экстракты отделяют от жмыха центрифугированием и объединяют. Жмых используют для получения инсулина, а из экстракта высаливают ферменты различными концентрациями аммония сульфата (ДНКазу и РНКазу), добавляя кристаллический аммония сульфат до определения степени насыщения при перемешивании и охлаждении. Фильтрат используют для получения химотрипсина, трипсина и пантрипина.
Высол растворяют в воде и в водном растворе осаждают сопутствующие вещества добавлением аммония сульфата. Осадок отбрасывают, а к фильтрату добавляют 5 н растров натрия гидроксида до значения рН 4,5 и высаливают ДНКазу, медленно добавляя насыщенный раствор аммония сульфата до степени насыщения 0,4. Осадок ДНКазы отделяют и подвергают дальнейшей очистке. Из фильтрата осаждают РНКазу высаливанием аммония сульфатом до степени насыщения 0,8. Высол, содержащий аморфную РНКазу, отстаивают при 4-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
5ºС в течение 40-48 часов, жидкость сифонируют, а осадок отделяют на нутчфильтре или центрифугированием. Полученную РНКазу очищают. Из фильтрата, содержащего комплекс ферментов, аммония сульфатом при степени насыщения 0,7 высаливают химотрипсин, трипсин и пантрипин.
Из смеси ферментов получают неактивный химотрипсиноген. Для этого осадок растворяю в воде, подкисленной кислотой серной до значения рН 3,0, при температуре не выше 5ºС и медленно добавляют при перемешивании раствор аммония сульфата. Затем раствор подщелачивают 5 М раствором натрия гидроксида до значения рН 5,0 и выдерживают при комнатной температуре до полного осаждения кристаллического химотрипсиногена.
Из фильтрата и промывных вод, полученных после отделения химотрипсиногена, выделяют трипсиноген высаливанием аммония сульфатом при подкислении 5 М серной кислотой до значения рН 3,0.
Фильтрат, оставшийся после выделения трипсина, подкисляют кислотой хлороводородной до значения рН 2,5 при температуре 5ºС. Из подкисленного фильтрата добавлением кристаллического магния сульфата высаливают пантрипин совместно с балластными белками. Последние удаляют коагуляцией при нагревании раствора до температуры 90ºС в течение 1 минуты и быстром охлаждении до температуры 20-25ºС. Осадок балластных веществ отделяют фильтрованием. К фильтрату, объединенному с промывными водами, медленно при перемешивании добавляют кристаллический аммония сульфат и отстаивают в течение 12 часов при комнатной температуре. В результате образуется два осадка: аморфный и кристаллический. Темный аморфный осадок пантрипина отделяют от белого кристаллического осадка сопутствующих веществ. Осадок пантрипина растворяют в воде и диализируют. По окончании диализа раствор фильтруют, стандартизуют по сухому остатку и силе ингибирующего действия пантрипина. Проводят стерилизующую фильтрацию, разливают во флаконы и подвергают сублимационной сушке.
Очистка индивидуальных ферментов продолжается несколько дней и состоит из ряда многократно повторяющихся операций. Сначала проводят трехкратное высаливание ферментов аммония сульфатом до различной степени насыщения, изменения значения рН. Каждый раз из фильтрата предварительно удаляют сопутствующие вещества аммония сульфатом меньшей концентрации,
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
чем применяется при высаливании ферментов, затем осуществляют пятикратную перекристаллизацию ферментов. Химотрипсиноген и трипсиноген активируют до образования химотрипсина и трипсина в соответствующих буферных растворах при пониженной температуре и при добавлении кристаллика трипсина. Обессоливают ферменты диализом через целлофановую пленку. Сульфатионы осаждают бария хлоридом, а избыток иона бария удаляют на катионах КУ-2. В обессоленных растворах ферментов устанавливают необходимое значение рН, определяют концентрацию сухого вещества и разбавляют водой очищенной в соответствии с конечным содержанием сухого препарата во флаконах. Разбавленные растворы фильтруют через стерилизующие фильтры, разливают во флаконы и подвергают сублимационной сушке.
Дезоксирибонуклеаза (Desoxyribonucleasa) представляет собой лиофилизированный белый порошок, легко растворимый в воде; значение рН 0,1% водного раствора составляет 3,5-5,5. В водных растворах фермент нестоек (сроки годности 12 часов), термолабилен, инактивируется при температуре 55ºС. Активность определяют по образованию кислоторастворимых продуктов, освобождаемых препаратом из ДНК в определенных условиях и выражают в единицах активности ЕА. В 1 мг препарата должно содержаться не менее 1700 ЕА. Выпускают в герметически укупоренных флаконах по 5, 10, 25 и 50 мг.
Хранят в сухом, защищенном от света месте, при температуре не выше 20ºС. Применяется как средство, вызывающее деполимеризацию и разжижение гноя и задерживающее развитие вирусов, содержащих ДНК (герпеса, аденовирусов и др.). Назначают в виде аэрозолей для ингаляций.
Рибонуклеаза аморфная (Ribonucleasum amorphum) – лиофилизирован-
ный порошок белого цвета, легко растворимый в воде. Активность определяют биологическим методом по количеству кислоторастворимых веществ, освобождаемых препаратом в результате гидролиза кислоты рибонуклеиновой в определенных условиях. 1 ЕА соответствует 1 мг препарата. Выпускают в герметически укупоренных флаконах по 10, 25 и 50 мг. Хранят в сухом, защищенном от света месте, при температуре не выше 15ºС. Применяется местно в виде аэрозолей для ингаляций, внутриплеврально, внутримышечно при заболеваниях, сопровождающихся гнойно-некротическими процессами.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Химотрипсин кристаллический (Chymotrypsinum crystallisatum) пред-
ставляет собой блестящие чешуйки или порошок белого цвета, легко растворимый в воде, значение рН 0,2% водного раствора составляет 4,5-6,5. Водные растворы быстро инактивируются. Выпускают в герметически укупоренных флаконах, содержащих по 5 и 10 мг кристаллического химотрипсина. Хранят в прохладном (не выше 10ºС), защищенном от света месте. Применяют как рибонуклеазу.
Трипсин кристаллический (Тrypsinum crystallisatum) представляет собой пористую массу или порошок белого цвета, легко растворимый в воде, значение рН 0,2% водного раствора составляет 3,0-3,5. В нейтральных и щелочных растворах препарат быстро разрушается. Выпускают в герметически укупоренных флаконах или ампулах по 5 и 10 мг. Хранят в сухом, защищенном от с вета месте, при температуре не выше 10ºС. Применяют как химотрипсин.
Пантрипин (Pantrypinum) – ингибитор протеаз (трипсина, химотрипсина и др.), представляет собой лиофилизированный порошок желтоватого цвета, хорошо растворимый в воде. Стандартизуют биологическим путем по способности понижать активность трипсина. В 1 г препарата содержится не менее 650 Е. Выпускают в герметически укупоренных флаконах по 6, 12, 15,20 и 30 Е. Хранят в сухом, защищенном от света месте, при температуре не выше 20ºС. Применяют при панкреатитах, вводят внутривенно.
13.3.2. Препараты ферментов из семенников
Ронидаза (Ronidasum) – препарат, содержащий фермент гиалуронидазу, получают из семенников половозрелого крупного рогатого скота.
Семенники обрабатывают 2% раствором фенола в течение 5-15 минут, тщательно промывают водой, снимают оболочку и измельчают на мельницеволчке. Измельченные семенники заливают физиологическим раствором, содержащим 0,25% хлороформа в соотношении 1,0:0,5, и экстрагируют ронидазу при перемешивании в течение 35-40 минут. Экстракт отделяют фильтрованием, осадок отжимают под гидравлическим прессом, отжатую жидкость присоединяют к экстракту, разливают по кассетам из нержавеющей стали, сушат методом сублимации. Высушенный препарат измельчают в шаровой мельнице, гер-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
метически укупоривают. Хранят в защищенном от света месте при комнатной температуре. Применяют наружно при лечении рубцов (ожоговых, послеоперационных), контрактур суставов.
Лидаза (Lydasum) – препарат гиалуронидазного действия. Для получения лидазы измельченные семенники крупного рогатого скота обрабатывают 0,1 М раствором кислоты уксусной в соотношении 1:2 при температуре 10ºС и перемешивании в течение 4 часов. Надосадочную жидкость отделяют и ацетоном осаждают фермент гиалуронидазу. Осадок растворяют в воде и процесс осаждения ацетоном повторяют три раза. Освобожденный от ацетона осадок очищенной гиалуронидазы растворяют в воде, фильтруют через стерилизующие фильтры, разливают во флаконы и высушивают методом сублимации.
Выпускают во флаконах, содержащих по 64 УЕ (условных единиц) стерильного сухого вещества. Хранят в сухом, темном месте, при температуре не выше 15ºС. Основными показаниями к применению лидазы являются контрактуры суставов, рубцы после ожогов и операций, анкилозирующий спондилоартрит, гематомы и др. Раствор вводят под кожу.
В таблице 13.1 приведены лекарственные ферментные препараты из органов и тканей животных, выпускаемые предприятиями медицинской и микробиологической промышленности стран СНГ и ближнего зарубежья.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ |
|
||
Лекарственные ферментные препараты из органов и тканей животных |
|
|
|
Таблица 13.1 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ферменты (ин- |
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Наименование |
Источники сы- |
Предприятия из- |
гибиторы), оп- |
Лекарственные |
|
Способы приме- |
Фармакологиче- |
||||||||
рья |
|
готовители |
ределяющие те- |
формы |
|
нения |
ское действие |
|||||||||
|
|
|
рапевтический |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
эффект |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
|
6 |
|
7 |
8 |
|
|
1 |
Абомин |
Слизистая обо- |
ПО |
«Мосхим» |
Сумма |
протеи- |
Таблетки |
по 0,02 |
г |
Перорально |
Протеолитическое, |
|||||
|
(Abominum) |
лочка |
желудка |
фармпрепараты |
наз |
|
(50000 ЕД) |
|
|
регулирующее |
|
|||||
|
|
телят |
и |
ягнят |
(Россия) |
|
|
|
|
|
|
|
процессы |
пищева- |
||
|
|
молочного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рения |
|
|
||
|
|
возраста |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Андекалин |
Поджелудочная |
ПО |
Белмедпре- |
Пепсин |
и др. |
Таблетки, |
покрытые |
Перорально, |
Расширяющее |
пе- |
|||||
|
(Andecalinum) |
железа свиней |
параты |
(Бела- |
протеиназы |
оболочкой по 0,005 |
внутримышечно |
риферические |
со- |
|||||||
|
|
|
|
|
русь), ФАО Фер- |
|
|
г (15 ЕД), флаконы |
|
суды, снижающее |
||||||
|
|
|
|
|
рейн (Россия) |
|
|
по 5 мл (40 ЕД) |
|
|
артериальное |
дав- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ление |
|
|
3 |
Ацидин-пепсин |
Слизистая обо- |
ПО |
Белмедпре- |
Пепсин |
|
Таблетки |
по 0,25 |
и |
Перорально |
Протеолитическое, |
|||||
|
(Acidin-pepsinum) |
лочка |
желудка |
параты |
|
|
|
0,5 г |
|
|
|
регулирующее |
|
|||
|
|
свиней |
|
|
(Беларусь) |
|
|
|
|
|
|
|
процессы |
пищева- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рения |
|
|
4 |
Вирегатин |
Панкреатин |
ПО |
Белмедпре- |
Трипсин, амила- |
Таблетки, |
покрытые |
Перорально |
Липостропное, |
ге- |
||||||
|
(Viregatinum) |
|
|
|
параты |
|
за, липаза |
оболочкой по 3 ЕД |
|
патозащитное, |
ан- |
|||||
|
|
|
|
|
(Беларусь) |
|
|
|
|
|
|
|
тианемическое |
|
||
5 |
Дальцекс-трипсин |
Поджелудочная |
ПО |
Белмедпре- |
Трипсин |
кри- |
Перевязочный мате- |
Местно |
Протеолитическое, |
|||||||
|
(Dalcex Trypsinum) |
железа крупно- |
параты |
|
сталлический |
риал |
|
|
|
ранозаживляющее |
||||||
|
|
го |
рогатого |
(Беларусь) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
скота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Дезоксирибонуклеаза |
Поджелудочная |
ПО |
«Узхим- |
Нуклеазы |
Лиофилизирован- |
|
Местно, эндоб- |
Лизирующее гной- |
|||||||
|
(Desoxyribonucleasa) |
железа |
и |
сли- |
фарм» |
|
|
|
ный порошок |
во |
ронхиально |
ные массы, проти- |
||||
|
|
зистая |
оболоч- |
(Узбекистан) |
|
|
флаконах по 5,10,25 |
|
вовирусное |
|
|
|||||
|
|
ка кишечника |
|
|
|
|
|
и 50 мг |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
КРС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
7 |
Ингитрил |
Легкие крупно- |
Производства |
мед- |
Ингибитор |
Лиофилизированный |
Внутривенно |
Ингибирующее |
||||||
|
(Ingitrilum) |
го |
рогатого |
препаратов при мя- |
протеиназ |
порошок во флаконах |
|
|
протеолиз |
|||||
|
|
скота |
|
сокомбинатах |
|
|
по 5 мл (6,15 или 20 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЕД) |
|
|
|
|
|
8 |
Коллагенза |
Поджелудочная |
Производства |
мед- |
Протеиназа |
Лиофилизированный |
Местно, |
подконъюкти- |
Протеолитиче- |
|||||
|
(Collagenausum) |
железа убойно- |
препаратов при мя- |
|
порошок во флаконах |
вально, |
электрофо- |
ское, специфич- |
||||||
|
|
го скота |
сокомбинатах |
|
|
по 500 КЕ |
|
рез,фонофорез |
но влияющее на |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коллагеновые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
волокна |
|
9 |
Лидаза |
Семенники |
НПО |
|
«Иммуно- |
Гиалуронидаза |
Лиофилизированная |
Местно, |
подкожно, |
Увеличивающее |
||||
|
(Lydasum) |
крупного рога- |
препарат», Москов- |
|
аморфная |
масса во |
внутримышечно, элек- |
проницаемость |
||||||
|
|
того скота |
ский |
эндокринный |
|
флаконах по 64 ЕД |
трофорез |
|
тканей, |
уско- |
||||
|
|
|
|
з-д (Россия); пред- |
|
|
|
|
|
ряющее |
всасы- |
|||
|
|
|
|
приятие |
«Биофар- |
|
|
|
|
|
вание |
лекарст- |
||
|
|
|
|
ма»; |
Киев, |
ЗАО |
|
|
|
|
|
венных веществ |
||
|
|
|
|
«Биолек» (Харьков) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
10 |
Лизоцим |
Белок |
куриных |
ФАО |
|
«Феррейн» |
Лизоцим |
Аморфный |
порошок |
Местно, |
внутримышеч- |
Бактериолити- |
||
|
(Lysozymum) |
яиц |
|
(Россия) |
|
|
|
или пористая масса во |
но |
|
ческое |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
флаконах по 50, 100 и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 мг |
|
|
|
|
|
11 |
Панкреатин |
Поджелудочная |
Производства |
пре- |
Трипсин, ами- |
Порошок, |
кишечно- |
Перорально |
Протеолитиче- |
|||||
|
(Pancreatinum) |
железа убойно- |
паратов |
при |
мясо- |
лаза, липаза |
растворяемые таблет- |
|
|
ское, |
регули- |
|||
|
|
го скота |
комбинатах, |
ФФ |
|
ки по 0,25 г |
|
|
|
рующее процес- |
||||
|
|
|
|
«Здоровье» |
(Ук- |
|
|
|
|
|
сы пищеварения |
|||
|
|
|
|
раина) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
Пантрипин |
Поджелудочная |
Производства |
пре- |
Ингибитор |
Порошок во флаконах |
Внутривенно |
Ингибирующее |
||||||
|
(Pantripin) |
железа КРС |
паратов |
при |
мясо- |
протеиназ |
по 12, 15 и 30 ЕД |
|
|
протеолиз |
||||
|
|
|
|
комбинатах |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
13 |
Пепсидил |
Слизистая обо- |
Производства |
пре- |
Протеиназ |
Жидкость |
во флако- |
Перорально |
Протеолитиче- |
|||||
|
(Pepsidilum) |
лочка |
желудка |
паратов |
при |
мясо- |
|
нах по 450 мл |
|
|
ское, |
регули- |
||
|
|
свиней |
|
комбинатах |
|
|
|
|
|
|
рующее процес- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сы пищеварения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
14 |
Пепсин |
|
Слизистая обо- |
ПО |
Белмедпрепа- |
Кислая про- |
Порошок |
Перорально |
Протеолитиче- |
|||||
|
(Pepsinum) |
лочка |
желудка |
раты |
|
(Беларусь); |
теиназа |
|
|
|
ское, |
регули- |
||
|
|
|
свиней |
|
Производства |
пре- |
|
|
|
|
рующее процес- |
|||
|
|
|
|
|
паратов |
при |
мясо- |
|
|
|
|
сы пищеварения |
||
|
|
|
|
|
комбинатах |
|
|
|
|
|
|
|
||
15 |
Рибонуклеаза |
Поджелудочная |
Производства |
пре- |
Нуклеазы |
Порошок во флаконах |
Местно, внутримышеч- |
Противовоспа- |
||||||
|
(Ribonucleasum) |
железа КРС |
паратов |
при |
мясо- |
|
или ампулах по 20, 25 |
но, |
интраплеврально, |
лительное, раз- |
||||
|
|
|
|
|
комбинатах |
|
|
или 50 мг |
эндобронхиально |
жижающее |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гнойные |
массы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мокроту, слизь |
|
16 |
Ронидаза |
Семенники |
Производства |
пре- |
Гиалуронидаза |
Порошок во флаконах |
Местно |
Увеличивающее |
||||||
|
(Ronidasum) |
КРС |
|
паратов |
на |
мясо- |
|
по 5 г |
|
|
проницаемость |
|||
|
|
|
|
|
комбинатах |
|
|
|
|
|
тканей |
|
||
17 |
Сок желудочный |
Натуральный |
Производства |
пре- |
Пепсин |
Жидкость во флако- |
Перорально |
Протеолитиче- |
||||||
|
натуральный |
желудочный |
паратов |
на |
мясо- |
|
нах по 100 мл |
|
|
ское, |
регули- |
|||
|
(Siccus |
gastricus |
сок собак и |
комбинатах |
|
|
|
|
|
рующее |
пище- |
|||
|
naturalis) |
|
лошадей |
|
|
|
|
|
|
|
|
варение |
|
|
18 |
Трипсин |
кри- |
Поджелудочная |
Производства |
пре- |
Протеиназа |
Лиофилизированный |
Производства препара- |
Противолитиче- |
|||||
|
сталлический |
железа КРС |
паратов |
на |
мясо- |
|
порошок во флаконах |
тов на мясокомбинатах, |
ское, противо- |
|||||
|
(Tripsinum |
|
|
комбинатах |
|
|
по 5 и 10 мг |
электрофорез |
воспалительное, |
|||||
|
cristallisatum) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лизирующее |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
некротизиро- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ванные массы и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гнойные |
экссу- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
даты |
|
19 |
Фибринолизин |
Плазма |
крови |
Киевское предпри- |
Фибриноли- |
Порошок во флаконах |
Внутривенно |
Фибринолити- |
||||||
|
(Fibrinolysinum) |
человека |
ятие |
по |
производ- |
зин |
по 20000 и 30000 ЕД, |
|
|
ческое |
|
|||
|
|
|
|
|
ству бакпрепаратов |
|
в ампулах по 300 ЕД |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
(Украина) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
20 |
Фибринолизин, |
Плазма |
|
крови |
БДЗМИ (Украина); |
Фибриноли- |
Пленки по 40-450 ЕД |
Местно |
|
Фибринолити- |
|||
|
пленки глазные |
человека |
|
Иммуногенный |
зин |
в ячейковой |
контур- |
|
|
ческое |
|||
|
(Membranulae |
|
|
|
концерн (Россия) |
|
ной упаковке |
|
|
|
|
|
|
|
ophtalmicecum |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fibrinolisino) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
Химпсин |
Поджелудочная |
Производства мед- |
Альфа-химо |
Порошок во флаконах |
Местно |
|
Противовоспа- |
|||||
|
(Chimopsinum) |
железа убойно- |
препаратов при мя- |
трипсин, |
или ампулах по 25,50 |
|
|
лительное, про- |
|||||
|
|
го скота |
|
сокомбинатах |
трипсин |
или 100 мг |
|
|
|
|
теолитическое, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
антисептиче- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ское |
|
22 |
Химотрипсин |
Поджелудочная |
Производства мед- |
Протеиназа |
Порошок во флаконах |
Местно, внутримышеч- |
Протеолитиче- |
||||||
|
(Chimotripsinum) |
железа убойно- |
препаратов при мя- |
|
по 5 и 10 мг |
|
|
но, интраплеврально |
ское, |
лизирую- |
|||
|
|
го скота |
|
сокомбинатах |
|
|
|
|
|
|
щее |
гнойно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
некротические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
субстраты |
|
23 |
Холензим |
Поджелудочная |
ПО «Белмедпрепа- |
Трипсин, ами- |
Таблетки по 0,3 г, п о- |
Перорально |
|
Улучшающее |
|||||
|
(Cholenzymum) |
железа |
и сли- |
раты» (Беларусь) |
лаза, липаза |
крытые оболочкой |
|
|
|
пищеварение, |
|||
|
|
зистая |
оболоч- |
|
|
|
|
|
|
|
желчегонное |
||
|
|
ка тонкого ки- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
шечника |
убой- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ного скота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
24 |
Цитохром-C |
Ткань |
|
сердец |
Производства мед- |
Цитохром-С |
0,25% раствор |
во |
Внутримышечно, |
внут- |
Антигипоксиче- |
||
|
(Cytochromum- |
крупного |
рога- |
препаратов при мя- |
|
флаконах, |
таблетки, |
ривенно, перорально |
ское, |
нормали- |
|||
|
C) |
того скота |
сокомбинатах |
|
растворимые |
в |
ки- |
|
|
зующее ткане- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
шечнике, по 0,01 г |
|
|
|
вое дыхание |
||
25 |
Эластолитин |
Поджелудочная |
Производства мед- |
Эластаза |
Порошок во флаконах |
Внутримышечно, |
ин- |
Протеолитиче- |
|||||
|
(Elastolytinum) |
железа свиней |
препаратов при мя- |
|
по 20 или 30 мг |
|
траплеврально, интрат- |
ское, |
муколити- |
||||
|
|
|
|
|
сокомбинатах |
|
|
|
|
рахеально, орошения, |
ческое |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
электофорез |
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
13.4. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Для получения ферментов используется также и растительное сырье. В ряде случаев преимущества растений существенны:
•заготовка их технологически более проста;
•высушенный материал можно компактно упаковывать и хранить продолжительное время в условиях, не требующих специального технологического оборудования.
Для выделения ферментов часто используют семена растений, которые богаты белками, могут сохранять ферментативную активность на протяжении ряда лет. К недостаткам растительного сырья можно отнести сезонность его заготовки и неодинаковое содержание ферментов в различных частях растения.
Для производства протеолитических ферментов в промышленных масштабах используют источники сырья, приведенные в таблице 13.2.
|
|
Таблица 13.2 |
|
|
Протеолитические ферменты и источники их получения |
||
|
|
|
|
№ |
Биологически активные вещест- |
Источники |
|
п/п |
ва, субстанции |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
Папаин, химопапаин |
Плоды дынного дерева (Carica papaja) |
|
|
|
|
|
2 |
Фицин |
Побеги и листья инжира (Ficus carica) |
|
|
|
|
|
3 |
Бромелин |
Плоды, стебли и отходы переработки ананасов |
|
|
|
(Ananas comosus) |
|
4 |
Кислая фосфатаза |
Клубни картофеля (Solanum tuberosum) |
|
|
|
|
|
5 |
Пероксидаза |
Корни хрена обыкновенного (Armoracia |
|
|
|
rusticana) |
|
Отечественная промышленность растительные протеиназы не производит, так как большинство растений, их продуцирующие, в основном произрастают в тропических странах.
В лаборатории ферментных препаратов ГНЦЛС (г. Харьков), впервые получены ферментные препараты из растительного сырья различной специфики действия: липаза из семян чернушки дамасской (Nigella damascena L); уреаза из столовых арбузов (Citrullus vulgaris L); β-амилаза из проросших семян пшеницы (Triticum aestivum L); β-галактозидаза из семян гороха (Pisum sativum L); инги-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
битор липазы из семян рапса (Brassica napus L); ингибитор трипсина из семян люцерны (Medicago sativa L); ингибитор амилазы из пшеницы (Triticum aestivum
L); β-фруктофуранидаза из семян овса (Avena sativa L) и др.
Для производства ферментов могут быть также использованы продукты пчеловодства. Известно, что пчелиный мед имеет ярко выраженную активность фермента амилазы (диастазы), на разных стадиях разработки и внедрения в производство находятся ферментные препараты из пыльцы растений.
13.4.1. Технология ферментных препаратов из растительного сырья
Технология ферментных препаратов из растительного сырья характеризуется резко выраженным индивидуальным подходом, обусловленного характером исходного лекарственного растительного сырья, свойствами ферментов и их сопутствующих веществ.
Обычно ферменты в растительном сырье находятся в виде сложных комплексов и для того, чтобы их получить в кристаллическом состоянии и биологически активными, в первую очередь необходимо подобрать такие методы выделения, чтобы при этом не терялась их специфическая активность.
Общие принципы технологических приемов, включая подготовку сырья и оборудования и заканчивая получением очищенного препарата, не являются унифицированными, а формируются и используются в зависимости от задач технологии, типа и индивидуальных особенностей фермента. Технологическая схема производства аналогична общей технологической схеме производства экстракционных препаратов и состоит в основном из следующих стадий:
•экстракция лекарственного растительного сырья;
•выделение и очистка фермента;
•сушка;
•стандартизация;
•получение лекарственной формы.
Перед экстракцией фермента исходное сырье подвергают измельчению с целью разрушения клеток. Для этого применяют промышленные мельницы (вальцы, дезинтеграторы, дисмембраторы).
В качестве экстрагента ферментов используют воду, водные растворы органических растворителей (спиртов, ацетона, эфира, диоксана), разбавленные
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
растворы кислот и щелочей, растворы нейтральных солей, а также буферные растворы. Экстрагент подбирается индивидуально для каждого ферментсодержащего растительного сырья. Гидролитические ферменты, например, амилазы и протеиназы, наиболее полно экстрагируются из растительного сырья с помощью воды.
Экстракт, полученный в результате избирательной экстракции, наряду с ферментами содержит сопутствующие белки, липиды, пигменты, неорганические ионы, полисахариды, а также другие вещества неферментной природы. Удаление сопутствующих компонентов и достижение высокой степени очистки ферментного белка требует сочетания различных методов выделения. На первой стадии очистки экстракта может быть использована кислотная денатурация, позволяющая за счет смещения величины рН среды перевести нерастворимое состояние белки. Иногда, с осторожностью, проводят их температурную денатурацию путем кратковременного прогрева экстракта при температурах, не вызывающих денатурацию выделяемого фермента. Указанные методы могут сочетаться. Применяют также осаждение неактивных примесей солями тяжелых металлов. С целью очистки экстракта от компонентов, отличающихся размерами молекул, применяют диализ через мембраны с определенной величиной пор (целлофан, коллодий, пергамент). Используют также стандартные мембраны из целлюлозы и ее производных. Электродиализом пользуются редко из-за опасности местного нагрева и возможности нежелательного сдвига рН.
После предварительной очистки, а иногда и без нее, экстракт подвергают фракционированию органическими растворителями, нейтральными солями, сорбции-десорбции на разнообразных адсорбирующих материалах, очистке с помощью ионообменных смол, гель-фильтрации и т.д.
Фракционная очистка. Для фракционной очистки с применением органических растворителей используют спирты (этанол, метанол, изопропанол, ацетон, реже диоксан, диэтилкарбинол, ароматические и гетероциклические амины). Для уменьшения денатурирующего воздействия осаждение ведут при пониженных температурах.
При фракционировании ферментов под действием солей часто используют сульфат аммония, реже применяют сульфаты и ацетаты натрия и магния. В отличие от органических растворителей, которые сравнительно легко удаляют-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
ся центрифугированием, солевые осадители из полученного материала можно удалить диализом, занимающим продолжительное время.
Ферменты обладают способностью адсорбироваться на активированном угле, крахмале и его производных, гидроокиси цинка, магния, алюминия, меди, на бетонитах, каолине, геле трифосфата кальция, целлюлозе и ее производных и других материалах.
Ионообменная хроматография. Ионообменная хроматография является более тонким и избирательным методом очистки ферментов, в основе которой лежит реакция обмена между ионитами и белками, находящимися в растворе.Разделение при этом основано на различиях в суммарных зарядах присутствующих веществ при данном значении рН (вещества, имеющие большой заряд удерживаются сильнее и элюируются позже). В качестве ионитов используют катиониты, содержащие кислые радикалы: карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ); фосфоцеллюлозу (ФЦ); сульфометилцеллюлозу (СМЦ); сульфоэтилцеллюлозу (СЭЦ).
Применение находят также иониты, имеющие в своем составе основную группу: аминоэтилцеллюлоза (АЭЦ); диэтиламиноэтилцеллюлоза (ДЭАЭЦ); этилцеллюлоза (ЭЦ); триэтиламиноцеллюлоза (ТЭАЦ); гуанидиноэтилцеллюлоза (ГЭЦ).
Разделение и концентрирование. Для разделения и концентрирования ферментных белков часто используют метод гель-фильтрации с применением сефадеков – полимерных цепей полисахарида декстрана, соединенных через определенные промежутки поперечными связями и образующих своеобразные молекулярные сита, способные разделять белки в соответствии с их молекулярной массой. При гель-фильтрации или эксклюзионной хроматографии время выхода вещества из хроматографической колонки зависит от размера его молекул или молекулярной массы (более крупные молекулы не входят в поры сорбента и элюируются раньше).
Для концентрирования ферментного белка часто используют ультрафильтрацию. Метод заключается в разделении высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений на селективных мембранах, способных пропускать низкомолекулярные соединения под действием давления. Ультрафильтрация в 5-10 раз эффективнее очистки с использованием фракционирования этанолом.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Кристаллизация ферментов. Кристаллизация ферментов является сложным методом их очистки и применяется для субстанций прошедших концентрирование и многоступенчатую очистку.
Кристаллическое состояние не является критерием гомогенности ферментного белка, а требует дополнительного подтверждения другими методами (диск-электрофорезом в полиакриламидном геле, ультрацентрифугированием и др.). Методы и техника кристаллизации подбираются индивидуально для каждого фермента.
13.4.2. Частная технология ферментных препаратов растительного происхождения
Уреазу (Ureasum) получают из семян столового арбуза (Citrullus vulgaris L.). Технология препарата разработана С.И. Дехтяревым (ГНЦЛС).
Предварительно измельченные семена столового арбуза с помощью валковой дробилки экстрагируют в реакторе при периодическом перемешивании смесью раствора солей натрия хлорида и натрия карбоната (рН 7,9-8,1) в течение двух часов при температуре 22±2ºС. По истечении указанного времени содержимое реактора переносят на конус вращающегося барабана центрифуги. В качестве фильтрующего материала используют бязь, которой покрывают барабан в два слоя. Частота вращения ротора центрифуги 3000 об/мин. Мутный экстракт из приемника центрифуги переносят порциями в стаканы центрифуги. Повторное центрифугирование проводят в течение 30 минут. Экстракт аккуратно сливают в емкость и помещают в холодильный шкаф для охлаждения до
+10ºС.
Выделение уреазы из экстракта осуществляют в реакторе путем обработки его насыщенным раствором аммония сульфата в буферном растворе (рН 7,0) при периодическом перемешивании. Образовавшуюся суспензию осадка белка отстаивают в течение 6 часов. По истечении указанного времени суспензию из реактора переносят порциями в стаканы центрифуги и центрифугируют в течение 20 минут. Осадок сопутствующего белка отбрасывают, а надосадочную жидкость вновь подают в реактор.
Проводят второе высаливание, добавляя в реактор насыщенный раствор аммония сульфата. Суспензию в реакторе оставляют на 12 часов. По истечении
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
этого времени осадок белка, состоящий из активного фермента, отделяют центрифугированием в течение 30 минут при частоте вращения ротора 3000 об/мин. Полученный осадок растворяют в очищенной воде и охлаждают в холодильном шкафу до температуры +10ºС.
Затем проводят фракционное осаждение фермента этанолом, добавляя его в раствор в соотношении 1:2. Образовавшуюся суспензию фермента переносят порциями в стаканы центрифуги и центрифугируют в течение 15 минут. Осадок активного фермента в виде мазеобразной массы остается на дне стаканов. Осадок растворяют в очищенной воде и сушат методом сублимации с оптимальным режимом температур (–40) ºС;+30ºС. Длительность замораживаниявысушивания 2–3 часа, досушивания – 8-10 часов. После окончания сушки порошок фасуют в склянки оранжевого стекла объемом 0,2 л. Выход препарата 0,3%. Активность не менее 1500 ЕД Самнера в 1 г препарата или 100-200 ФЕ в 1 мг белка.
Уреаза катализирует реакцию гидролиза мочевины на углекислый газ и аммиак. Применяют микрокапсулированную уреазу для очистки крови от мочевины и для проведения гемодиализа в аппарате «искусственная почка».
В таблице 13.3 приведены препараты ферментов растительного происхождения, выпускаемые предприятиями медицинской и микробиологической промышленности стран СНГ и ближнего зарубежья.
Таблица 13.3 Лекарственные ферментные препараты из растительного сырья
|
|
|
|
|
Фермен- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ты, оп- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пред- |
реде- |
|
|
Спосо- |
Фармако- |
|
|
Наимено- |
Источники |
приятия |
ляющие |
Лекарствен- |
|
||||
№ |
|
бы при- |
логическое |
|||||||
|
вание |
сырья |
изгото- |
терапев- |
ные формы |
|
менения |
действие |
||
|
|
|
|
вители |
тиче- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ский |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эффект |
|
|
|
|
|
1 |
Нигедаза |
Семена чер- |
Одес- |
Липаза |
Таблеткт |
с |
Перо- |
Липолити- |
||
|
(Nigedasu |
нушки |
дамас- |
ское |
|
кишечнорас- |
|
рально |
ческое, |
ре- |
|
m) |
ской |
(Nigella |
ПХФО |
|
творимым |
|
|
гулирую- |
|
|
|
damas cena L.) |
(Украи- |
|
покрытием по |
|
щее |
про- |
||
|
|
|
|
на) |
|
0,15 г |
|
|
цессы |
пи- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щеварения |
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Уреаза |
Семена |
сто- |
НПО |
Уреаза |
Порошок для |
Реагент |
Гидроли- |
|
(Ureasum) |
ловых |
арбу- |
«Био- |
|
аппарата «Ис- |
на моче- |
зующее |
|
|
зов (Citrullus |
лар» |
|
кусственная |
вину |
|
|
|
|
vulgaris L.) |
(Латвия) |
|
почка» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13.5. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА.
Получение ферментов на основе методов микробиологического синтеза является перспективным. Основное направление микробиологического синтеза
– использование клеток микроорганизмов для производства ферментов, антибиотиков, витаминов, алкалоидов, аминокислот, органических кислот, полисахаридов и т.п. Биосинтетические методы отличаются высокой производительностью за счет способности микроорганизмов интенсивно и быстро размножаться. Методы биотехнологического производства ферментов являются экономически более эффективными, чем получение БАВ из достаточно дорогого и дефицитного животного сырья.
Промышленное биопроизводство ферментных препаратов осуществляют из культур микроорганизмов: плесневых грибов, бактерий, дрожжей, акктиномицетов. В последние годы для серийного производства ферментов используют в основном мицелляльные грибы родов Aspersillus, Penicillinum и Rhizopus, а также организмы-продуценты бактерий рода Bacillus, Escherihia coli и другие.
Они способны продуцировать большое число разнообразных по своему составу ферментов, что обусловлено специфическими способностями их ферментативного аппарата, высокой способностью к размножению и адаптации в различных условиях окружающей среды. Используя культуры микроорганизмов, можно гораздо быстрее получить большое количество биологического материала (биомассы) для последующего выделения ферментов. Для питания микробных клеток могут быть использованы разнообразные продукты и отходы пищевой промышленности (пшеничные и рисовые отруби, картофельная мезга, пшеничная шелуха, подсолнечная лузга, меласса, кукурузная мука и т.п.). Сырье для микробиологического синтеза более подробно описано в главе 14.
Биотехнологический процесс включает большой объем подготовительной работы, предшествующий выделению ферментов: очистку и стерилизацию воз-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Для приготовления питательных сред использую сырье минеральное, животного и растительного происхождения, а также синтезированное химическим путем. Вещества, входящие в состав питательной среды, обеспечивающие развитие культуры и биосинтез определяемых продуктов, не должны содержать вредных примесей. При выборе сырья необходимо учитывать его себестоимость, так как в микробиологическом синтезе важное значение имеет стоимость исходных веществ и материалов. Помимо основных компонентов питательных сред, в процессе ферментации нередко используют дополнительные виды сырья
– предшественники (синтетические продукты, входящие в состав молекулы целевого продукта и добавляемые в ферментационную среду для интенсификации процесса биосинтеза), ПАВ (главным образом для пеногашения), антибактериальные препараты и другие.
13.5.1. Культивирование микроорганизмов
Культивирование микроорганизмов осуществляют в основном глубинным способом в жидкой питательной среде при строго определенном значением рН, времени и температуры, подавая стерильный воздух. Очистку подаваемого воздуха проводят путем многоступенчатой фильтрации. Задерживающая способность воздушных фильтров должна быть не ниже 99,99%.
Для культивирования в микробиологических производствах применяют разнообразные ферментаторы, которые условно подразделяют на: барботажные, эрлифтные, барботажно-эрлифтные, с механическим перемешиванием, барботажные с циркуляционным перемешиванием, с эжекционной системой и др. По структуре потоков ферментаторы могут быть аппаратами полного перемешивания или полного вытеснения. По способу ввода энергии и аэрации различают аппараты с вводом энергии в газовую фазу, в жидкую фазу или комбинированные.
Объем производственных ферментаторов может быть от 10 до 1000 м3 с механическим перемешиванием и барботажем. Ферментаторы обычно представляют собой герметические цилиндрические емкости, высота которых в 2- 2,5 раза превышает диаметр, чаще всего изготовленные из нержавеющей стали. В ферментаторах устанавливают мешалки турбинного, пропеллерного и другого типов, диаметр которой составляет примерно 1/3 диаметра аппарата. В произ-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
водстве ферментов распространены ферментаторы с кольцевидным или радиальным воздушным барботером. Для поддерживания температуры в аппарате имеется двойной кожух или теплообменник типа змеевика. Ферментаторы оборудованы арматурой и трубопроводами для подачи питательной среды, воды и пара; воздуха, пеногасителей, раствора, регулирующего рН, и др.
Рабочий объем ферментатора обычно не превышает 6-7/10 общего объема. Свободное пространство над поверхностью раствора используется как буферное, где накапливается пена и таким образом предотвращаются потери культуральной жидкости. Исследования показали, что в пенящейся жидкости условия аэрации лучше, чем в плотных растворах, при условии непрерывного перемешивания и циркуляции слоя пены, т.е. при исключении длительного нахождения микроорганизмов вне культуральной жидкости.
Современные ферментаторы укомплектовывают измерительными и регулирующими приборами, смотровыми люками и компьютерными системами управления процессами для поддержания оптимальной величины рН, температуры, пенообразования, частоты вращения мешалки, количества растворимого кислорода, скорости подачи субстрата и пр. Главное требование к аппаратам – сохранение стерильности, поэтому они должны быть герметичны и доступны для обработки горячим паром (рис.13.2). Более подробно виды и принцип работы ферментаторов описаны в главе 14.
Рис. 13.2. Схема колонного ферментатора с контактными устройствами:
1 – корпус; 2 – контактное устройство (перфорированная тарелка); 3 – змеевик с хладагентом; 4 – охлаждающая рубашка; 5 – труба для нисходящего потока жидкости; 6 – отбойники; 7 – барботер
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Для выращивания микроорганизмов-продуцентов применяют два способа культивирования – поверхностный и глубинный.
Твердофазная ферментация. Культивирование на поверхности твердой среды обычно осуществляют в увлажненной твердой, сыпучей или пастообразной среде, влажность которой составляет 30-80%. Если субстрат сыпучий, то его отдельные твердые частицы хорошо контактируют с воздухом. Рост микроорганизмов в этом случае происходит главном образом на поверхности или в порах твердых частиц. Обеспечение микроорганизмов кислородом затрудняется с увлажнением слоя субстрата. Перемешивание слоя не допускается, если культивируются мицелляльные микроорганизмы. Другая проблема при твердофазной ферментации – отвод теплоты и поддержание постоянной температуры во всей ферментационной среде.
Метод твердофазной ферментации широко используют в Японии для производства грибных ферментов лимонной кислоты. В Германии, Франции, Великобритании от него отказались, так как он требует слишком больших площадей для эксплуатации, трудно предотвратить заражение микроорганизмами,
авыход продукта биосинтеза невелик.
Впроизводстве грибной амилазы главным компонентом питательной среды является смесь пшеничных отрубей и крахмала, иногда к ним добавляют белковые отходы, солодовые ростки, получаемые в производстве пива, соевую муку и т.п.
Для выращивания производственной культуры компоненты питательной среды смешивают, распределяют тонким слоем в кюветах, увлажняют мицелляльным раствором, содержащим небольшое количество хлористоводородной кислоты, стерилизуют при давлении 0,15 МПа в течение одного часа или острым паром в течение 30 минут, а затем охлаждают. В охлажденную до 35ºС питательную среду вносят суспензию спор Aspergillus oryzae.
Стерильную засеянную спорами Aspergillus oryzae питательную среду в кюветах помещают в камеры для выращивания, в которые подают очищенный воздух, с определенной температурой и относительной влажностью. Через 3036 часов инкубации для культуры гриба Aspergillus oryzae в этих камерах при температуре 30ºС развивается масса спорообразующего мицелия. Массу сни-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Подготовленная, простерилизованная и засеянная культурой гриба Aspergillus orizae питательная среда загружается в растительные камеры и по рельсовому пути подается в растительное отделение, через диффузоры к камерам подается кондицинированный воздух. Аэрирование культуры осуществляется через вертикальные каналы, имеющиеся между кюветами и через отверстия в стенках кювет. Система аэрация рассчитана на рециркуляцию и очистку воздушного потока, подсос свежего воздуха и поддержание условий, предотвращающих подсыхание выращиваемой культуры. Процесс культивирования проводят в течение 42-46 часов. После этого производят разгрузку растительных камер на вибрационном столе, отделив предварительно вертикальную стенку кюветы. Освобожденная от культуры камера перемещается по рельсовому пути в моечное отделение, затем в стерилизатор и на вибрационный стол для новой загрузки.
Выращенную поверхностную культуру гриба передают на стадию экстракции, минуя операцию сушки, измельчения и фасовки, имеющих место при серийном производстве «амилорозина – П».
Использование механизированной линии по выращиванию культуры гриба Aspergillus orizae дает возможность поддерживать высокий уровень стерильности, что очень важно для целенаправленного синтеза амилазы. В случае необходимости можно оперативно локализовать и изолировать инфицированный материал безопасности заражения сопутствующей микрофлорой других камер.
Глубинный аэробный процесс. Этот современный метод обладает многими преимуществами по сравнению с более ранними методами поверхностного культивирования. Применение глубинного метода позволяет повысить эффективность использования производственных площадей, увеличить масштабы производства, механизировать трудоемкие работы и почти полностью автоматизировать технологический процесс получения биопродукта. Кроме того, выход продукта выше, а опасность заражения невелика. Хотя технологии поверхностного способа культивирования более экономичны, поскольку при его применении себестоимость продукта и расход электроэнергии значительно ниже.
Глубинное культивирование может быть периодическим или непрерывным процессом.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Большинство промышленных ферментаций осуществляют периодическим способом. Непрерывный процесс можно использовать в том случае, если культура при длительном выращивании не теряет способности к синтезу (мутации, реверсии). При разработке метода непрерывного культивирования микроорганизмов необходимо установить оптимальный состав среды, скорость протока, температуры, рН, аэрация и пр.
Процесс может быть гомогенно или гетерогенно непрерывным. При гомогенно непрерывном процессе в аппарате, где идет интенсивное перемешивание, все параметры постоянные во времени. При гетерогенно непрерывном процессе несколько ферментаторов соединены вместе. Питательная среда поступает в первый аппарат, готовая культуральная жидкость вытекает из последнего. Основные этапы процесса ферментации более подробно описаны в главе 14.
13.5.2.Очистка и выделение продуктов биосинтеза
Всостав культуральной жидкости входят остатки использованной питательной среды, синтезированные метаболиты и клеточная масса продуцента. Для очистки продуктов биосинтеза обычно используют сепараторы, осадительные центрифуги, фильтр-прессы, вакуум-барабанные фильтры, ротационновакуумные фильтры, отстойники. Выбор оборудования зависит от масштаба ферментации, типа клеток, свойств культуральной жидкости, места локализации ферментов (в клетке, клеточной стенке, культуральной жидкости).
Предварительная обработка культуральной жидкости в некоторых технологиях производства внутриклеточных ферментов (например, аспарагиназы, пенициллиназы) включает операцию разрушения клеток и клеточных стенок с помощью гомогенизаторов высокого давления, ультразвука, химической обработкой (электролиты, полиэлектролиты, щелочи) и ферментационные методы разрушения клеточных стенок.
Биомассу грибов обычно собирают прямым центрифугированием или сепарированием культуральной биомассы.
Бактериальные клетки требуют предварительной обработки культуральной жидкости путем флокуляции в более крупные коагулирующие скопления для увеличения эффективности их разделения в центрифуге. При нейтральной реакции среды бактериальные клетки имеют отрицательный заряд, обусловлен-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
ный фосфатными или карбоксильными группами клеточной стенки. Флокулирующие агенты (аммония сульфат, кальция хлорид) нейтрализуют заряд и способствуют образованию больших агрегатов клеток, которые легко оседают из культуральной жидкости. После предварительной обработки культуральную жидкость центрифугируют или декантируют.
Альтернативой центрифугирования служит фильтрование. Для фильтрации небольших объемов культуральной жидкости обычно используют нутчфильтры, друк-фильтры, вакуум-барабанные фильтры, ротационно-вакуумные фильтры. Пресс-фильтры применяют для обработки значительных объемов жидкости.
С целью улучшения процесса фильтрации используют дополнительный слой из материалов, имеющих высокие гидродинамические свойства – перлит, уголь активированный и др. Осветление фильтратов проводят микрофильтрованием через мембраны с диаметром пор от 0,45 до 0,8 мкм.
Выделение и химическая очистка включает ряд процессов: от обработки нативного раствора до сушки готового продукта.
Обычно после центрифугирования биомассу получают в виде густой жидкости или пасты с влажностью 70-85%. Клеточную массу промывают, фильтруют, сушат, гидролизуют, экстрагируют из нее нужный фермент. Если ферменты находятся в растворе, биомассу используют после отделения как побочный продукт, а нужное вещество выделяют из раствора различными методами: осаждением, фильтрацией, экстракцией и др.
Для получения высокоочищенного фермента применяют высаливание, диализ, электродиализ, мембранную фильтрацию, гель-фильтрацию, ионообменную хроматографию, аффинную хроматографию, различные методы сорбции. Концентрирование растворов, содержащих ферменты, осуществляется ва- куум-выпариванием или вымораживанием.
Одним из прогрессивных методов очистки является ультрафильтрация, позволяющая проводить разделение в соответствии с размером молекул и молекулярной массой вещества. Основной характеристикой ультрафильтрационной мембраны является средний предел полного деления частиц глобулярного белка, которые не проходят через мембрану. Наличие широкого ассортимента мембран с пределами отсечения от 1 тыс. до 1 млн. Дальтон позволяет отде-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
лять примеси, очищать, концентрировать и обессоливать целевой продукт. Ультрафильтрация осуществляется в тангенциальном потоке, обессоливание или удаление низкомолекулярных примесей – в режиме диафильтрации, т.е. при постоянном объеме фильтруемой жидкости, за счет восполнения фильтрата равным объемом воды или буферного раствора.
После выделения и химической очистки фермента его необходимо высушить – удалить из полученного препарата свободную и связанную воду. Поскольку ферменты в основном термолабильны, для их высушивания необходимо применять методы, не приводящие к потере биологической активности. На современном этапе промышленного получения ферментов, используют различные методы обезвоживания препаратов. Широкое распространение получила лиофильная сушка ферментов, которая проводится при сравнительно низких температурах (–10) - (–15) ºС. При работе с большими количествами раствора, содержащим ферменты, проводят высушивание с применением распылительных сушилок.
Одной из важных операций химической очистки ферментов является кристаллизация. В зависимости от химического строения фермента и его физикохимических свойств применяют следующие методы кристаллизации: выпарива-
ние растворителя (изотермический), охлаждение горячего раствора (изогидрический), одновременное охлаждение и выпаривание (комбинированный), до-
бавление в раствор других веществ, снижающие растворимость (высаливание),
вымораживание.
После высушивания препарат, в случае нестойкости, необходимо смешивать со стабилизатором или с наполнителем (крахмал, декстрины, неорганические нейтральные соединения, тальк и др.).
Лекарственные ферментные препараты из микробиологического сырья, выпускаемые предприятиями медицинской и микробиологический промышленности стран СНГ и ближнего зарубежья представлены в таблице 13.4
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Таблица 13.4
Лекарственные ферментные препараты из микробиологического сырья
|
|
|
|
|
|
Ферменты (ингиби- |
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Наименование |
Источники |
Предприятия изго- |
торы) определяю- |
Лекарственные |
Способы примене- |
Фармакологическое |
||||||
сырья |
товители |
щие терапевтиче- |
|
формы |
|
ния |
действие |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
ский эффект |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
5 |
|
6 |
|
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
Препараты из культур микроорганизмов |
|
|
|
|
||||
1 |
Альфа-амилаза |
Bacillus |
ПО «Энзим» |
|
Альфа-амилаза |
Порошок |
|
|
Перорально |
Амилолитическое, |
ре- |
||
|
(Alpha-amylase) |
subtilis |
(Украина) |
|
|
|
|
|
|
|
|
гулирующее процессы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пищеварения |
|
2 |
L-Аспарагиназа |
Echerichia |
Эксперименталь- |
L-аспарагиназа |
Лиофилизирован- |
Внутривенно |
Противораковое |
|
|||||
|
(L-aspara- |
coli |
ный завод. Инсти- |
|
ный |
порошок |
во |
|
|
|
|||
|
ginasum) |
|
тут органического |
|
флак. |
3000 |
или |
|
|
|
|||
|
|
|
синтеза Латвии |
|
10000 МЕ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
(Латвия) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Аспераза |
Aspergillus |
ОЗ ГНЦЛС |
|
Протеиназа |
2% мазь в тубах по |
Местно |
Протеолитическое, |
ли- |
||||
|
(Asperasum) |
oryzae |
|
|
|
|
15 и 25 г |
|
|
|
зирующее некротизиро- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ванные ткани, фибри- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нозные налеты, гной- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ные массы |
|
4 |
Ораза |
Aspergillus |
Вышеволоцкий з-д |
Амилаза, протеина- |
Гранулы |
во флако- |
Перорально |
Амилолитическое, |
про- |
||||
|
(Orazum) |
oryzae |
ферментных |
пре- |
за |
нах по |
|
|
|
|
теолитическое, регули- |
||
|
|
|
паратов (Россия); |
|
100 г |
|
|
|
|
рующее процессы |
пи- |
||
|
|
|
Одесское ПХФО |
|
|
|
|
|
|
щеварения |
|
||
|
|
|
(Украина) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Пенициллиназа |
Sacillus |
ВНЦА |
ВНИИА |
Пенициллиназа |
Флаконы, |
ампулы |
Внутримышечно |
Инактивирующее пени- |
||||
|
(Penicillinasum) |
licheniformis |
(Россия) |
|
|
|
по 500 |
000 |
или |
|
циллины |
|
|
|
|
-749/C |
|
|
|
|
1000000 ЕД |
|
|
|
|
||
6 |
Профезим |
Bacillus |
ХЗ «Прогресс» |
Протеиназы |
10% взвесь во фла- |
Местно |
Протеолитическое, нек- |
||||||
|
(Profezinum) |
subtilis |
(Казахстан) |
НПО |
|
конах по 10 мл |
|
|
ролитическое, противо- |
||||
|
|
|
«Вектор» (Россия) |
|
|
|
|
|
|
отечное |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Продолжение таблицы 13.4
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
8 |
|
|
|
7 |
Солизим |
Penicilium |
Уманское |
ПО |
Липаза |
Таблетки, |
раство- |
Перорально |
Липолитическое, |
регу- |
|||
|
(Solizynum) |
solitum |
«Витамины» |
|
|
римые |
в |
кишечни- |
|
|
лирующее |
процессы |
|
|
|
|
(Украина), Экспе- |
|
ке, по 20000 ЕД |
|
|
пищеварения |
|
|
|||
|
|
|
риментальный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
завод. Институт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
органического |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
синтеза Латвии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Латвия) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Сомилаза |
Penicilium |
ФАО «Феррейн» |
Липаза, амилаза |
Таблетки, |
раство- |
Перорально |
Липолитическое, |
ами- |
||||
|
(Somyla-sum) |
solitum, |
(Россия), |
Уман- |
|
римые |
в |
кишечни- |
|
|
лолитическое, |
регули- |
|
|
|
Bacillus |
ское ПО «Витами- |
|
ке, по 20000 ЛЕД и |
|
|
рующее процессы |
пи- |
||||
|
|
subtilis |
ны» (Украина) |
|
300 АЕД |
|
|
|
щеварения |
|
|
||
9 |
Стрептодеказа |
Streptomyce |
ПО «Белмедпре- |
Иммобилизирован- |
Флакон по 1000000 |
Внутривенно |
Пролонгированное |
|
|||||
|
(Streptodecasa) |
s |
параты» |
(Бела- |
ная стрептокиназа |
и 1500000 ФЕ |
|
|
фибринолитическое |
||||
|
|
haemoliticus |
русь) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Стрептокиназа |
— « — |
— « — |
|
Стрептокиназа |
Ампулы |
по 600 |
Внутривенно |
Тромболитическое |
|
|||
|
(Streptokinasum) |
|
|
|
|
ЕД/мл |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
Стрептолиаза |
— « — |
— « — |
|
Стрептокиназа |
Ампулы по 250000 |
Внутривенно, внут- |
Тромболитическое |
|
||||
|
(Streptoliasum) |
|
|
|
|
или 500000 ЕД |
риартериально |
|
|
|
|||
12 |
Терридеказа |
Aspergil-lus |
— « — |
|
Иммобилизован- |
Флаконы по ПЕ |
Местно, |
возможно |
Протеолитическое, |
|
|||
|
(Terridecasa) |
terricola |
|
|
ный террилитин |
|
|
|
парентер. и внутри- |
противовоспалитель- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полостное введение |
ное, ранозаживлящее |
|||
13 |
Террилитин |
— « — |
ФАО «Феррейн» |
Протеиназа |
Порошок во флако- |
Местно, |
ингаляци- |
Протеолитическое, |
ли- |
||||
|
(Terrilytinum) |
|
(Россия» |
|
|
нах по 200 ЕД |
онно |
|
зирующее гнойнонек- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ротические массы |
|
|
14 |
Целиаза |
Strepto- |
— « — |
|
Целиаза |
Ампулы по 250000, |
Внутривенно, внут- |
Тромболитическое |
|
||||
|
(Celiasa) |
myces |
|
|
|
500000 |
и |
1000000 |
риартериально |
|
|
|
|
|
|
haemoliticus |
|
|
|
МЕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
13.6. ИММОБИЛИЗАЦИЯ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ
Для повышения стабильности получаемых ферментов часто используют их иммобилизацию. Как известно, в клетках ферменты находятся обычно не в «свободной» форме, а прикреплены к поверхностям определенных клеточных структур и локализованы в органеллах клетки. Объясняется это тем, что фе р- менты характеризуются нестабильностью при воздействии ряда физических и химических факторов они могут инактивироваться. Это же происходит и при получении ферментов микробиологическим путем, поэтому после достижения в ферментаторе максимальной активности ферментов, необходимо как можно быстрее организовать их выделение. Причиной снижения активности могут быть протеазы, которые выделяются в среду при автолизе клеток продуцента или микроорганизмы, утилизирующие фермент.
При использовании ферментных препаратов для катализа различных реакций свободные ферменты достаточно чувствительны к температуре среды, рН, наличию различных химических веществ. Действие этих факторов может денатурировать белок. Кроме того, свободные ферменты могут быть использованы лишь однократно, их стоимость достаточно высока. Перечисленные недостатки в значительной степени могут быть устранены при использовании ферментов в иммобилизированном виде.
Достижения молекулярной биологии способствовали детальному изучению строения многих ферментов. Был раскрыт аминокислотный состав ряда ферментных белков, их пространственная конфигурация, выявлены активные центры, значения различных функциональных групп в проявлении каталитической активности фермента. Это позволило создать теоретическую базу для производства ферментов пролонгированного действия или, как их называют, иммобилизованных, фиксированных или связанных ферментных препаратов.
Задача иммобилизации – получение стабильных ферментных препаратов путем прикрепления ферментов в активной форме к нерастворимой основе (носителю), химического связывания на поверхности сорбента; включением в структуру геля, сшиванием с помощью полифункциональных агентов или заключения в полупроницаемую мембранную систему (инкапсулирование), которые проиллюстрированы на рисунке 13.4.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Рис. 13.4. Способы иммобилизации ферментов:
а – адсорбция на нерастворимых носителях, б – связывание ковалентными связями;
в – связывание со спейсером, ковалентно присоединенным к инертному носителю;
г – включение в структуру геля; д – кросс-сшивка фермента.
Иммобилизованные ферменты (от лат. immobilis – неподвижный), пре-
параты ферментов, молекулы которых связаны с матрицей, или носителем (как правило, полимером), сохраняя при этом полностью или частично свои каталитические свойства. Иммобилизованные ферменты обычно не растворимы в воде; между двумя фазами возможен обмен молекулами субстрата, продуктов каталитической реакции, ингибиторов и активаторов.
Преимущества иммобилизованных ферментов перед нативными предшественниками:
1.Гетерогенный катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить реакцию в любой момент, использовать фермент повторно, а также получать чистый от фермента продукт.
2.Ферментативный процесс с использованием иммобилизованных ферментов можно проводить непрерывно, регулируя скорость катализируемой реакции и выход продукта.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
3.Модификация фермента целенаправленно изменяет его свойства, такие как специфичность (особенно в отношении макромолекулярного субстрата), зависимость каталитической активности от рН, ионного состава и других параметров среды, стабильность к денатурирующим воздействиям.
4.Можно регулировать каталитическую активность иммобилизованных ферментов путем изменения свойств носителя действием физических факторов, таких как свет и звук. Иммобилизовать ферменты можно как путем связывания на нерастворимых носителях, так и путем внутримолекулярной или межмолекулярной сшивки белковых молекул низкомолекулярными бифункциональными соединениями, а также путем присоединения к растворимому полимеру.
13.6.1. Носители для иммобилизованных ферментов
Для получения иммобилизованных ферментов используются как органические, так и неорганические носители. К носителям предъявляются следующие требования: высокая химическая и биологическая стойкость; высокая химическая прочность; достаточная проницаемость для фермента и субстратов, пористость, большая удельная поверхность; возможность получения в виде удобных в технологическом отношении форм (гранул, мембран); легкая активация; высокая гидрофильность; невысокая стоимость.
Следует отметить, что органические носители (как низко-, так и высокомолекулярные) могут быть природного или синтетического происхождения. Природные полимерные органические носители делят в соответствии с их биохимической классификацией на 3 группы: полисахаридные, белковые и липидные.
Синтетические полимеры также можно разделить на группы в связи с химическим строением основной цепи макромолекул: полиметиленовые, полиамидные, полиэфирные.
Для иммобилизации ферментов наиболее широко используются природные полисахариды и синтетические носители полиметильного типа, остальные применяются значительно реже. Большое значение природных полимеров в качестве носителей для иммобилизации объясняется их доступностью и наличием реакционно-способных функциональных групп, легко вступающих в химические реакции. Характерной особенностью этой группы носителей также являет-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
ся их высокая гидрофильность. Недостаток природных полимеров – неустойчивость к воздействию микроорганизмов и довольно высокая стоимость.
Наиболее часто для иммобилизации используются такие полисахариды, как целлюлоза, декстран, агароза и их производные. Целлюлоза гидрофильная, имеет много гидроксильных групп, что позволяет модифицировать её, замещая эти группы. Для увеличения механической прочности целлюлозу гранулируют путем частичного гидролиза, в результате которого разрушаются аморфные участки. На их место для сохранения пористости между кристаллическими участками вводят химические сшивки. Гранулированную целлюлозу довольно легко превратить в различные ионообменные производные, такие как ДЭАЭцеллюлоза, КМЦ и т.д.
Широко распространены носители на основе декстрана, выпускаемые под названием "сефадексы". При высушивании они легко сжимаются, в водном растворе сильно набухают. В этих носителях размер пор в геле регулируется степенью сшитости. К группе декстранов относят и крахмал. Химически модифицированный крахмал сшивается агентами, такими как формальдегид. Таким способом был получен губчатый крахмал, обладающий повышенной устойчивостью по отношению к ферментам, гидролизу. Водорастворимые препараты на основе декстрана часто применяются как носители лекарственных средств в медицине.
Хорошим носителем считается агар. Его свойства улучшаются после химической сшивки, например, диэпоксидными соединениями. Такой агар становится устойчивым к нагреванию, прочен, легко модифицируется.
Белки в качестве носителей обладают рядом достоинств: вместительны, способны к биодеградации, могут применяться в качестве тонкой (толщиной 80 мкм) мембраны. Иммобилизацию ферментов на белковых носителях можно проводить как в отсутствие, так и в присутствии сшивающих агентов. Белки используются и в фундаментальных биологических исследованиях, и в медицине. К недостаткам белков в качестве носителей относят их высокую иммуногённость (за исключением коллагена и фибрина). Для иммобилизации используются структурные (кератин, фибрин, коллаген), двигательные (миозин) и транспортные (альбумин) белки.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Синтетические полимерные носители применяются для ковалентной и сорбционной иммобилизации ферментов, для получения гелей, микрокапсул. Полимеры на основе стирола применяются сорбционной иммобилизации. Они могут иметь макропористую, изопористую структуру, а также гетеропористую структуру. Для получения полимерных гидрофильных носителей широко используется акриламид – производное акриловой кислоты.
Широкое распространение получил метод включения ферментов и клеток в полиакриламидный гель, имеющий жесткую пространственную сетчатую структуру. Полиакриламидный гель устойчив к химическим воздействиям. Очень интересную группу представляют полиамидные носители. Это группы различных гетероцепных полимеров с повторяющейся амидной группой -С(О)- NН-. Например, полимеры на основе N-винилпирролидона используются для получения иммобилизованных ферментов, способных медленно распадаться в организме. Кроме того, они биологически инертны, что особенно важно при использовании в медицинских целях. Существенным недостатком большинства полимерных носителей является их способность накапливаться в организме. В этом отношении предпочтение отдается природным полимерам, которые гидролизуются ферментами. Поэтому в состав лекарственных препаратов часто входит декстран, а из синтетических носителей - полимеры на основе N- винилпирролидона. В настоящее время ведутся эксперименты по созданию синтетических полимеров, расщепляющихся с образованием нетоксичных продуктов обмена.
13.6.2.Методы иммобилизации ферментов
Взависимости от природы взаимодействия различают две основные группы методов иммобилизации ферментов: физические и химические.
Физическая иммобилизация ферментов представляет собой включение фермента в такую среду, в которой для него доступной является лишь ограниченная часть общего объема. При физической иммобилизации фермент не связан с носителем ковалентными связями. Различают четыре типа связывания ферментов, которые проиллюстрированы на рисунке 13.4:
– адсорбция на нерастворимых носителях;
– включение в структуру геля;
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
–пространственное отделение фермента от остального объема реакционной системы с помощью полупроницаемой перегородки (мембраны);
–включение в двухфазную среду, где фермент растворим и может находиться только в одной из фаз.
Адсорбционная иммобилизация является наиболее старым из существующих способов иммобилизации ферментов, начало ей было положено еще в 1916 г. Этот способ достаточно прост и достигается при контакте водного раствора фермента с носителем. После отмывки неадсорбировавшегося белка иммобилизованный фермент готов к использованию. Удерживание адсорбированной молекулы фермента на поверхности носителя может обеспечиваться за счет неспецифических ван-дер-ваальсовых взаимодействий, водородных связей, электростатических и гидрофобных взаимодействий между носителем и поверхностными группами белка. Вклад каждого из типов связывания зависит от химической природы носителя и функциональных групп на поверхности молекулы фермента. Взаимодействия с носителем могут оказаться настолько сильными, что сорбция биокатализатора может сопровождаться разрушением его структуры. Например, при адсорбции некоторых растительных клеток на гранулах цитодекса клеточная стенка деформируется, повторяя рельеф поверхности частиц носителя.
Преимуществом метода адсорбционной иммобилизации является доступность и дешевизна сорбентов, выступающих в роли носителей. Им также можно придать любую конфигурацию и обеспечить требуемую пористость. Важный фактор – простота применяемых методик. При адсорбционном связывании можно решить и проблему очистки фермента, так как связывание белка с носителем во многих случаях достаточно специфическое. К сожалению, прочность связывания фермента с носителем не всегда достаточно высока, что ограничивает применение метода. К недостаткам адсорбционной иммобилизации следует отнести отсутствие общих рекомендаций, позволяющих сделать правильный выбор носителя и оптимальных условий иммобилизации конкретного фермента.
Некоторых из перечисленных затруднений можно избежать при иммобилизации ферментов путем включения в гели. Суть этого метода иммобилизации состоит в том, что молекулы фермента включаются в трехмерную сетку из тесно переплетенных полимерных цепей, образующих гель. Среднее расстояние
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
между соседними цепями в геле меньше размера молекулы включенного фермента, поэтому он не может покинуть полимерную матрицу и выйти в окружающий раствор, т.е. находится в иммобилизованном состоянии. Дополнительный вклад в удерживание фермента в сетке геля могут вносить также ионные и водородные связи между молекулой фермента и окружающими ее полимерными цепями. Пространство между полимерными цепями в геле заполнено водой, на долю которой обычно приходится значительная часть всего объема геля. Например, широко применяемые гели полимеров акриловой кислоты в зависимости от концентрации полимера и его природы содержат от 50 до 90% воды.
Для иммобилизации ферментов в гель существует два основных способа. При одном из них фермент помещают в водный раствор мономера, а затем проводят полимеризацию, в результате чего образуется полимерный гель с включенными в него молекулами фермента. В реакционную смесь часто добавляют также бифункциональные (содержащие в молекуле две двойные связи) сшивающие агенты, которые придают образующемуся полимеру структуру трехмерной сетки. В другом случае фермент вносят в раствор готового полимера, который затем каким-либо образом переводят в гелеобразное состояние. Способ иммобилизации ферментов путем включения в полимерный гель позволяет создавать препараты любой геометрической конфигурации, обеспечивая при этом равномерное распределение биокатализатора в объеме носителя. Метод универсален, применим для иммобилизации практически любых ферментов, полиферментных систем, клеточных фрагментов и клеток. Фермент, включенный в гель, стабилен, надежно защищен от инактивации вследствие бактериального заражения, так как крупные клетки бактерий не могут проникнуть в мелкопористую полимерную матрицу. В то же время, эта матрица может создавать значительные препятствия для диффузии субстрата к ферменту, снижая каталитическую эффективность иммобилизованного препарата, поэтому для высокомолекулярных субстратов данный метод иммобилизации не применим вообще.
Общий принцип иммобилизации ферментов с использованием мембран заключается в том, что водный раствор фермента отделяется от водного раствора субстрата полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемая мембрана легко пропускает небольшие молекулы субстрата, но непреодолима для крупных
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
молекул фермента. Существующие модификации этого метода различаются лишь способами получения полупроницаемой мембраны и ее природой. Водный раствор фермента можно включать внутрь микрокапсул, представляющих собой замкнутые сферические пузырьки с тонкой полимерной стенкой (микрокапсулирование). При двойном эмульгировании получается водная эмульсия из капель органического раствора полимера, содержащих, в свою очередь, еще более мелкие капли водного раствора фермента. Через некоторое время растворитель затвердевает, образуя сферические полимерные частицы с иммобилизованным в них ферментом. Если вместо водонерастворимого отвердевающего полимера используются жидкие углеводороды с высокой молекулярной массой, метод называется иммобилизацией путем включения в жидкие мембраны. К модификациям метода иммобилизации ферментов с использованием полупроницаемых оболочек относятся также включение в волокна (при этом вместо капель, содержащих ферменты, получаются нити) и включение в липосомы. При-
менение систем мембранного типа позволяет получать иммобилизованные препараты с высоким содержанием фермента. Метод, как и предыдущий, достаточно универсален, т.е. применим как ферментам, так и к клеткам, а также их фрагментам. Благодаря высокому отношению поверхности к объему и малой толщине мембраны удается избежать значительных диффузионных ограничений скорости ферментативных реакций. Основной недостаток мембранных систем – невозможность ферментативного превращения высокомолекулярных субстратов.
При иммобилизации ферментов с использование систем двухфазного типа ограничение свободы перемещения фермента в объеме системы достигается благодаря его способности растворяться только в одной из фаз. Субстрат и продукт ферментативного превращения распределяются между обеими фазами в соответствии с их растворимостями в этих фазах. Природа фаз подбирается таким образом, что продукт накапливается в той из них, где фермент отсутствует. После завершения реакции эту фазу отделяют и извлекают из нее продукт, а фазу, содержащую фермент, вновь используют для проведения очередного процесса. Одним из важнейших преимуществ систем двухфазного типа является то, что они позволяют осуществлять фермента-
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
тивные превращения макромолекулярных субстратов, которые невозможны при применении жестких носителей с ограниченным размером пор.
Главным отличительным признаком химических методов иммобилизации является то, что путем химического взаимодействия на структуру фермента в его молекуле создаются новые ковалентные связи, в частности между белком и носителем. Препараты иммобилизованных ферментов, полученные с применением химических методов, обладают двумя важными достоинствами. Во-первых, ковалентная связь фермента с носителем обеспечивает высокую прочность образующегося конъюгата. При широком варьировании таких условий, как рН и температура, фермент не десорбируется с носителя и не загрязняет целевых продуктов катализируемой им реакции. Это особенно важно при реализации процессов медицинского и пищевого назначения, а также для обеспечения устойчивых, воспроизводимых результатов в аналитических системах. Во-вторых, химическая модификация ферментов способна приводить к существенным изменениям их свойств, таких как субстратная специфичность, каталитическая активность и стабильность. Химическая иммобилизация ферментов является искусством, уровень которого определяется, в первую очередь, умением экспериментатора. Основная задача экспериментатора заключается в формировании новых ковалентных связей в молекуле фермента при использовании его функциональных групп, несущественных для проявления его каталитической активности. При химической модификации фермента его активный центр желательно защищать. При сопоставлении различных приемов иммоби-
лизации химические методы для крупномасштабных биотехнологических процессов кажутся малопривлекательными из-за сложности и дороговизны. В промышленных процессах обычно используются те или иные методы физической иммобилизации.
На практике иммобилизация часто осуществляется одновременно несколькими способами. Так, при фиксации ферментов ковалентными связями между их молекулами и матрицей обычно возникают также нековалентные взаимодействия. Известны способы предварительной химической модификации молекул фермента низкомолекулярными веществами или растворимыми полимерами, имеющими заряженные группировки, что изменяет у таких модифицированных белков электростатический заряд молекулы и позволяет достаточно
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
прочно сорбировать их на ионообменных смолах. При всех типах иммобилизации матрица, взаимодействуя с ферментом, может инактивировать последний или создавать пространственные затруднения для доступа субстрата к активному центру. При ковалентном связывании фермента для предотвращения отрицательного влияния матрицы между ней и молекулой фермента вводят разобщающую цепь атомов – спейсер (наз. также "вставкой" или "ножкой"). Кроме того, часто стремятся использовать для иммобилизации гидрофильные матрицы, создающие вблизи фермента более естественное микроокружение. При иммобилизации ферментов необходимо, чтобы активные группы матрицы не блокировали каталитический центр фермента, а условия иммобилизации не приводили к потере его активности. Определенные ограничения на способ иммобилизации налагают и особенности субстрата. Так, в случае высокомолекулярных субстратов нельзя использовать методы инкапсулирования или включения фермента в гель. Если матрица несет на себе заряды, то заряд субстрата влияет на кинетические параметры реакции: разноименные заряды на носителе и субстрате увеличивают скорость реакции, катализируемой иммобилизованные ферменты, одноименные заряды ее снижают и могут быть причиной полной потери активности препарата. Заряды носителя и субстрата влияют также на величину рН, при которой скорость ферментативной реакции максимальна. Важную роль играет распределение субстрата между фазами иммобилизованных ферментов и раствора. Ограниченная доступность субстрата к активному центру фермента может привести к изменению специфичности последнего. Особенно это характерно для высокомолекулярных субстратов, которые из-за малого коэффициента диффузии медленно переходят в фазу иммобилизованные ферменты, что приводит к относительному увеличению скоростей другой реакций с участием субстратов меньших размеров. В некоторых случаях возможно также изменение направления реакции. Так, фермент эндополигалактуроназа, катализирующий расщепление полигалактуроновой кислоты в середине молекулы, после иммобилизации отщепляет низкомолекулярные фрагменты от концов молекулы. Существенное влияние на кинетику реакций, катализируемых иммобилизованные ферменты, оказывают два диффузионных барьера – внешний и внутренний. Первый обусловлен наличием тонкого неперемешиваемого слоя растворителя вокруг частицы иммобилизованного фермента (слоя Нернста). Толщина этого
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
слоя зависит от скорости перемешивания. Поэтому увеличение последней или скорости тока раствора в колонке с иммобилизованными ферментами увеличивает скорость ферментативной реакции. Внутренний диффузионный барьер возникает вследствие ограничения свободной диффузии субстрата внутри сетки полимерной матрицы.
В настоящее время разработаны методы иммобилизации множества ферментов. Некоторые из них приведены ниже.
Адсорбцией или ионным обменом иммобилизируют каталазу, рибонуклеазу, α–глюкозидазу, пепсин, трипсин, аспарагиназу.
Включением в гель получают лактатдегидрогеназу, глюкооксидазу, пероксидазу, гексакиназу, рибонуклеазу, холинестеразу, щелочную и кислую фосфатазу, α–амилазу, трипсин, альдолазу.
Поперечная «сшивка» с носителем используется для лактатдегидрогеназы, глюкооксидазы, пероксидазы, рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, трипсина, аденозинтрифосфатазы, альдолазы.
Прикреплением к носителю ковалентной связью (азидный метод) иммо-
билизируют рибонуклеазу, холинэстеразу, дезоксирибонуклеазу, инвертазу, трипсин, аспарагиназу, аденозинтрифосфатазу.
Карбоидный метод используют для глюкооксидазы, пероксидазы, рибонуклеазы, щелочной фосфатазы, дезоксирибонуклеазы, трипсина, аспарагиназы Бромициан-метод иммобилизации характерен для ацетилхолинэстеразы,
холинэстеразы, аспарагиназы.
Методом диазотирования иммобилизируют глюкооксидазу, каталазу, пероксидазу, рибонуклеазу, щелочную фосфатазу, α–амилазу, трипсин
Изотиоцианатный метод используют для α–амилазы, трипсина.
Как видно из этих примеров, один и тот же фермент можно иммобилизировать несколькими методами. Так, лактатдегидрогеназу можно включить в гель, прикрепив к носителю поперечной сшивкой; аспарагиназу – прикрепить к носителю сорбционным путем или химической (ковалентной) связью и т.д.
Несмотря на потерю от 10 до 50% активности ферментов при иммобилизации, а также на некоторое уменьшение скорости реакции в результате затруднения диффузии субстрата, иммобилизованные ферменты имеют большие технологические преимущества по сравнению с несвязанными.
ПРЕПАРАТЫ ФЕРМЕНТОВ
Очень важно то, что иммобилизованные ферменты можно отделить от продуктов реакции и использовать многократно, и что фермент не загрязняет продукт. При иммобилизации представляется возможным менять и целенаправленно модифицировать свойства фермента. И, наконец, иммобилизованные ферменты обычно более стабильны к действию температуры и рН среды.
Особенно ощутимый вклад иммобилизованные ферменты внесли в тонкий органический синтез, анализ, процессы конверсии энергии, медицину, в пищевую и фармацевтическую промышленности.
Промышленные процессы с применением иммобилизованных ферментов внедрены прежде всего в пищевую и фармацевтическую промышленность. В пищевой промышленности с участием иммобилизованных ферментов идут процессы получения глюкозо-фруктовых сиропов, глюкозы, яблочной и аспарагиновой кислоты, оптически активных L- аминокислот, диетического безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки и др.
Иммобилизованные ферменты открыли путь к созданию лекарственных препаратов пролонгированного действия со сниженной токсичностью и аллергенностью. Иммобилизационные подходы способствуют решению проблемы направленного транспорта лекарств в организме.
В медицине иммобилизованные ферменты используются также как лекарственные препараты, в тех случаях, когда необходимо локальное воздействие. Кроме того, биокатализаторы широко используются в различных аппаратах для перфузионной очистки различных биологических жидкостей. В будущем важ-
ную роль в контроле окружающей среды и в клинической диагностике должны сыграть такие методы, как биолюминесцентный анализ и иммуноферментный анализ.
Возможности и перспективы использования в медицине ферментов в иммобилизованном состоянии гораздо шире, чем достигнутые на сегодняшний день, именно на этом пути медицину ждет создание как новых высокоэффективных ферментных лекарственных препаратов, так и методов лечения.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ГЛАВА 14. ПРОМЫШЛЕННАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ
14.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ БИОТЕХНОЛОГИИ
Биотехнология – это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве. Европейская федерация биотехнологии (ЕFB) определяет современную биотехнологию как использование наук о природе (биологии, химии, физики) и инженерных наук (например, электроники) применительно к биосистемам в биоиндустрии.
Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Ее возникновение, становление и развитие условно можно подразделить на четыре периода: эмпирический, этиологический, биотехнический и геотехнический.
Эмпирический (от греч. empeirikos – опытный) или доисторический период – самый длительный, охватывающий примерно 8000 лет, из которых более 6000 лет – до нашей эры и около 2000 лет – нашей эры.
Человек с древних времен начал использовать деятельность микроорганизмов, не подозревая об их существовании, и эмпирически совершенствовал технологию применения этих организмов во многих отраслях хозяйства. Трудно точно установить, где и в каких отраслях хозяйства впервые начали использовать жизнедеятельность микроорганизмов. По-видимому, это определялось многими факторами и шло иногда параллельными путями у разных народов.
Еще в древние времена процессы брожения использовались при приготовлении теста. Египтяне для приготовления хлеба использовали осадки бродящего пивного сусла. В пирамидах Египта сохранились рисунки, изображающие технологию приготовления вина. Около двух тысяч лет назад начало развиваться виноделие во Франции, а затем и в других странах Европейского континента. На территории СНГ (в Грузии, Армении, на побережье Азовского моря) вина стали изготавливать с давних времен. Хлебные напитки, напоминавшие современное пиво, также имеют многовековую историю. Предполагают, что пиво изготавливали за 7000 лет до н.э.
Этиологический (от греч. аitia – причина) период в развитии биотехнологии охватывает вторую половину IХХ века и первую треть ХХ века (1856– 1933). Он связан с выдающимися исследованиями великого французского уче-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ного Луи Пастера – основоположника научной микробиологии. Пастер неоспоримо доказал, что процессы брожения – не простые химические явления, а результат действия на субстраты определенных микроорганизмов. Это показано им при исследовании молочнокислого, спиртового, маслянокислого брожений. Пастер первый установил также, что не все микроорганизмы нуждаются в молекулярном кислороде. Изучая маслянокислые бактерии, он показал, что воздух вреден для них. Так были открыты облигатные анаэробы. Велики заслуги Пастера и в познании причин инфекционных заболеваний человека и домашних животных, а также в разработке способов борьбы с ними. Луи Пастер по праву считается основоположником современной микробиологии, в том числе промышленной.
В развитие отечественной и мировой микробиологии большой вклад внес С.Н. Виноградский (1856–1953). Наряду с фундаментальными работами по микробиологии почвы он совместно с В.Л. Фрибесом выделил и изучил анаэробную бактерию, разлагающую пектиновые вещества и вызывающую разрыхление льняных волокон при промышленном процессе – мочке лубяных культур. Эти работы имели не только теоретическое, но и большое практическое значение. Ученику Виноградского В.Л. Омелянскому (1867–1928) принадлежат классические исследования по анаэробному разложению целлюлозы и образованию микроорганизмами метана.
Биотехнический период начался с внедрения в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечившего ведение процессов в стерильных условиях. Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939-1945 гг., когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами). С конца XIX в ека в ряде стран появились сообщения о возможности получения органических кислот с помощью микроорганизмов, делались попытки наладить их производство. В 1923 г. организовано первое микробиологическое промышленное производство лимонной кислоты, затем были созданы производства молочной, глюконовой и некоторых других органических кислот. На этом этапе они оказались более рентабельными и вытеснили другие химические процессы. Вплоть до 1940 г. производство ряда органических кислот, ацетона, бутанола, пропанола, этилового спирта, глицерина осуществлялось в основном микробиологическими способа-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ми. Впоследствии методы органического синтеза и очистки настолько усовершенствовались, что некоторые из этих веществ начали производить химическим способом. В 1948 г. было показано, что с помощью микроорганизмов можно получать витамин В12, который ни растения, ни животные не синтезируют.
Геннотехнический период (от греч. genesis – происхождение, возникновение, рождение) начался с 1972 г., когда П.Берг со своими сотрудниками в США создали первую рекомбинантную молекулу ДНК. Выяснение механизмов функционирования и регуляции ДНК, выделение и изучение специфических ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнологических процессов на основе генно-инженерных работ.
Для геннотехнического периода характерны: разработка интенсивных процессов (вместо экстенсивных) на основе направленных фундаментальных исследований (с продуцентами антибиотиков, ферментов, аминокислот, витаминов), создание суперпродуцентов, получение необычных организмов, ранее не существовавших в природе, разработка и внедрение экологически чистых и безотходных технологий.
Объекты биотехнологии многочисленны. Это представители основных групп живых организмов – микроорганизмы (бактерии, вирусы, дрожжи, одноклеточные организмы), растения, животные а также изолированные из них клетки и субклеточные компоненты. Биотехнология базируется на протекающих в этих живых системах физико-химических, биохимических, физиологических процессах, в результате которых происходят выделение энергии, синтез и деградация продуктов, формирование организованных структур.
На начальном этапе своего развития биотехнология в основном пользовалась живыми системами в том виде, в каком они существовали в природе. Следующий шаг – использование традиционных методов селекции (искусственного отбора) микроорганизмов, растений и животных, получение более продуктивных штаммов, линий. В последние годы целенаправленное улучшение свойств живых систем, как объектов биотехнологии, резко ускорилось и расширилось, после того, как с середины 80-х годов были разработаны методы генной инженерии. В 1980-1982 гг. появились методы переноса генов в целые (многоклеточные) животные организмы и почти одновременно – методы переноса генов в растительные клетки и в целые растения. Микроорганизмы, а также клетки, растущие вне организма, после переноса в них новых генов называ-
ют генетически трансформированными клетками. Трансформированными
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
можно называть и многоклеточные организмы – но чаще их обозначают как трансгенные животные и растения. Генетический материал переносят в клетки и организмы с помощью разных методов. В микроорганизмы гены вводят в составе кольцевых молекул – плазмид, добавляя их в среду при культивировании. В клетки животных гены вводят либо, добавляя их в среду культивирования, либо впрыскивая (микроинъекция) с помощью шприца или микропипетки.
Особые приемы используют для переноса генов в целые животные организмы. Один из них заключается в том, что очищенные гены впрыскивают в только что оплодотворившиеся яйцеклетки (зиготы) с помощью шприца и микропипетки, кончик которой вводят непосредственно в ядро. Существует подход переноса генов в растения, который состоит в том, что гены вводят в изолир о- ванные клетки, лишенные полисахаридных стенок (такие клетки называют протопластами), затем из этих клеток получают целые растения.
14.2.СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ
Внастоящее время существует несколько направлений биотехнологических производств:
1.Производство препаратов на основе микробиологического синтеза (витамины, антибиотики, ферменты).
2.Культивирование клеток и тканей животных и человека (интерферон, инсулин, моноклональные антитела, гормоны роста, вирусные вакцины).
3.Культивирование клеток и тканей растений (алкалоиды, оксикоричные кислоты, полисахариды).
4.Инженерная энзимология (ферментная технология).
14.2.1.Микробиологический синтез
Микробиологический синтез – получение полезных для человека веществ
на основе культивирования микроорганизмов. В процессе своего роста некоторые микроорганизмы способны накапливать в культуральной среде или внутри клетки различные классы соединений.
На основе микробиологического синтеза в настоящее время получают следующие классы соединений: алкалоиды, аминокислоты, антибиотики, антиоксиданты, белки, витамины, гербициды, ингибиторы ферментов, инсектициды, ионофоры, коферменты, липиды, нуклеиновые кислоты, органические кислоты,
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
пигменты, поверхностно-активные вещества, полисахариды, противоопухолевые агенты, растворители, ростовые гормоны растений, сахара, стерины и стероиды, факторы транспорта железа, ферменты, эмульгаторы.
Технология микробиологического синтеза строится на знании свойств микроорганизма-продуцента. Только при создании оптимальных для данного вида микроорганизмов условий можно получить максимальный выход того продукта, который он может синтезировать.
Для выращивания микроорганизмов-продуцентов применяют два способа культивирования — поверхностный и глубинный.
Технология выращивания микроорганизмов поверхностным способом заключается в том, что микроорганизмы культивируют на поверхности твердых или жидких питательных сред. В качестве твердых питательных сред используют агаризованные среды или сыпучие субстраты (пшено, ячмень, пшеничные отруби и т. п.). Агаризованные питательные среды стерильно разливают по пробиркам, чашкам Петри, стеклянным флаконам или в матрацы. После засева культуры-продуцента на стерильную питательную среду пробирки или чашки Петри помещают в термостат, где при определенной температуре происходит рост и развитие микроорганизмов. Сыпучие субстраты равномерно распределяют слоем в специальные кюветы, которые после засева посевного материала помещают в растильные камеры. Выращивание микроорганизмов при оптимальных условиях продолжается в течение несколько дней. После завершения процесса выращивания микроорганизмов выделяют конечный продукт. Процесс выращивания микроорганизмов поверхностным способом заканчивается за определенный период времени и поэтому является периодическим.
Выращивание микроорганизмов глубинным способом происходит во всем объеме жидкой питательной среды – в специальном аппарате – ферментаторе. Выращивание микроорганизмов глубинным способом может быть периодическим, полупериодическим и непрерывным (проточным).
Периодический процесс происходит при единовременной загрузке всех компонентов питательной среды и посевного материала в аппарат в начале процесса. Через определенное время аппарат полностью разгружают. Для таких процессов характерно непрерывное изменение физиологического состояния клеток и состава культуральной среды, связанное с жизнедеятельностью микроорганизмов.
Полупериодический процесс отличается от строго периодического тем, что в нем вещества, необходимые для роста и развития микроорганизмов, до-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
бавляют в аппарат по ходу культивирования. Аппарат, как и в предыдущем случае, разгружают единовременно. Добавление питательных веществ или других компонентов в ходе ферментации позволяет создать благоприятные условия для жизнедеятельности культуры в различных фазах культивирования. Следует отметить, что в аэробных микробиологических процессах один из субстратов – атмосферный кислород – поступает непрерывно. Так что чисто периодическим является только анаэробный процесс.
Непрерывный процесс характеризуется тем, что подача питательной среды в аппарат и отбор культуральной жидкости из него происходят непрерывно. При постоянной скорости протока в таких системах устанавливается стационарное состояние, которое может сохраняться в течение длительного времени. Концентрация биомассы, субстратов, удельная скорость роста микроорганизмов и другие параметры при этом постоянны.
Понятно, что условия для роста микроорганизмов при периодическом и непрерывном процессе резко различны. При периодическом процессе концентрация питательных веществ с течением времени в среде уменьшается, а содержание продуктов метаболизма увеличивается, что неблагоприятно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов. При непрерывном процессе эти два показателя поддерживают на постоянном уровне, что создает наиболее благоприятные условия для роста микроорганизмов.
Технологический процесс микробиологического производства представляет собой совокупность взаимосвязанных технологическими потоками операций, обеспечивающих переработку исходных материалов в готовый продукт. Основные стадии микробиологического синтеза представлены на рисунке 14.1.
Стадия получения посевного материала. Посевным материалом назы-
вают чистую культуру микроорганизма-продуцента, размноженную до такого количества (объема), которое необходимо для засева промышленных аппаратов.
На практике применяют в основном штаммы четырех видов микроорганизмов: дрожжей, мицелиальных грибов, собственно бактерий, актиномицетов. Используют также культуры клеток млекопитающих, растений и гибридов.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
1.Получение посевного материала
2.Приготовление питательных сред
3.Подготовка и стерилизация воздуха
4.Культивирование микроорганизмов (ферментация)
5.Выделение, концентрирование и очистка целевого продукта
6.Очистка сточных вод и газовых выбросов
Рис. 14.1. Основные стадии микробиологического синтеза
К штаммам – продуцентам предъявляются следующие требования:
1.Безвредность для потребителя, производственного персонала, окружающей среды;
2.Возможность роста на дешевых субстратах;
3.Высокая скорость роста и короткий срок накопления искомого вещества;
4.Сверхсинтетическая способность желаемого продукта и низкая – побочных продуктов;
5.Стабильность в продуктивности и к требованиям условий культивиро-
вания;
6.Устойчивость к фаговой и другой инфекциям;
7.Желательны штаммы термофилов и ацидофилов (алкалофилов), так как с ними легче поддерживать стерильность производства;
8.Представляют интерес анаэробные штаммы, так как аэробы создают трудности инженерного плана – требуют аэрирования;
9.Образуемый продукт должен легко выделяться.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Для получения посевного материала используют исходную культуру продуцента, хранящуюся в центральной заводской лаборатории.
Каждая производственная культура имеет паспорт, в котором указаны ее название (род, вид), коллекционный номер, серия и дата выпуска, средний уровень активности, срок годности. В паспорте представлена характеристика среды для выращивания и хранения культуры. Чтобы свойства культуры-продуцента оставались без изменения, ее надо хранить в соответствующих условиях.
Наиболее распространены следующие способы хранения культур: Хранение в холодильнике. Это самый простой способ, заключающийся в
том, что готовую культуру на агаризованной среде в пробирках помещают в холодильник и хранят при температуре 4 °С в течение 1-2 мес.
Хранение под слоем минерального масла. На твердых средах под слоем стерильного вазелинового масла или парафина можно хранить культуру несколько месяцев. Толщина слоя масла должна быть не менее 1 см. При большей толщине масла может произойти гибель аэробной культуры из-за недостатка кислорода.
Хранение в сыпучих материалах. Суспензию микроорганизмов или спор наносят на предварительно простерилизованный сыпучий материал (почву, песок, глину, зерно) высушивают при комнатной температуре и хранят в стеклянной посуде, закрытой ватной пробкой.
Замораживание и хранение при температуре ниже –20°С.
Сублимационная сушка. В настоящее время сублимационная сушка является наиболее перспективным способом длительного хранения микроорганизмов. Вначале в культуру микроорганизмов добавляют так называемую защитную среду (сахарозу, бульон), которая предохраняет клетки от инактивации за счет снижения лиофильного взаимодействия воды с клетками, разливают в стерильные ампулы и закрывают стерильными ватными тампонами. Затем проводят быстрое замораживание при температуре –35 –78°С. Ампулы с замороженной культурой переносят в вакуум-сушильный аппарат и подвергают сублимационной (из твердой фазы в газообразную) сушке при комнатной температуре и остаточном давлении 1-10 кПа в течение 25-30 ч. Срок хранения 5-6 лет.
Технология получения посевного материала в цехе чистой культуры.
Приготовление посевного материала в зависимости от вида продуцента, его фи- зиолого-биохимических особенностей состоит из нескольких этапов. Исходную
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
культуру размножают в пробирке в стерильных условиях, при оптимальном составе питательной среды и режиме выращивания (рН, температура, длительность). Выращенную культуру стерильно переносят в колбы с жидкой питательной средой. Перемешивание увеличивает скорость роста культуры, благодаря интенсификации массообмена. На второй стадии выращивания посевного материала готовую культуру из колб стерильно переносят в посевной аппарат (инокулятор). Количество посевного материала в инокуляторе должно составлять 10-12% от объема питательной среды. Третья стадия культивирования осуществляется в посевном аппарате большего объема. Для этого все содержимое малого инокулятора перекачивается в аппарат большего объема. Полученный посевной материал подвергают тщательному микробиологическому и биохимическому контролю, так как от его активности и чистоты зависит дальнейший производственный цикл.
Стадия приготовления питательных сред. Для накопления, выделения,
сохранения микроорганизмов, а также для получения биологически активных веществ пользуются питательными средами, которые не только содержат необходимые питательные вещества, но и являются средой обитания микроорганизмов.
Понятие «среда для культивирования» включает не только определенный качественный и количественный состав компонентов или отдельных элементов (источники азота, углерода, фосфора, микроэлементов, витаминов и др.), но также и физико-химические и физические факторы (активная кислотность, окислитель- но-восстановительный потенциал, температура, аэрация и др.). Все эти факторы, взятые вместе и каждый в отдельности, играют существенную роль при развитии микроорганизмов и в проявлении ими отдельных физиологических и биохимических функций. Обычно изменение одного из факторов среды влечет за собой изменение другого.
По физическому состоянию среды можно разделить на три группы: твердые (приготовленные на агар-агаре, желатине или кремниевых пластинах), жидкие и сыпучие (увлажненные отруби, зерно). По составу среды делятся на две основные группы: натуральные и синтетические.
Натуральными называют среды неопределенного химического состава, которые включают продукты животного или растительного происхождения. Основой для натуральных сред являются различные части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, овощи, фрукты. Подавляющее большинство их используется в виде экстрактов и настоев. На натуральных средах хорошо разви-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ваются продуценты, но они не пригодны для изучения физиологии обмена веществ. На таких средах невозможно учесть потребление отдельных компонентов среды, а также идентифицировать продукты метаболизма из-за сложности и неопределенности их состава. Натуральные среды непостоянны по составу, так как существенно зависят от сырья и условий приготовления. Их используют для поддержания культур микроорганизмов, накопления биомассы и для диагностических целей. Натуральные среды нашли широкое применение в микробиологической промышленности. В состав производственных сред входят вещества, богатые углеводами (кукурузная мука, гидрол, патока, пшеничная мука) и азотом (белковые продукты – соевая мука, жмыхи, кукурузный экстракт).
Синтетические среды – это такие, в состав которых входят определенные химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Приготовлять синтетические среды следует только на дистиллированной воде. Синтетические среды могут быть довольно простыми и состоять из небольшого числа веществ, а могут быть составлены из большого числа различных компонентов, т. е. быть комплексными средами. Только синтетические среды используются для изучения физиологии и обмена веществ микроорганизмов.
В качестве сырья для приготовления питательных сред используют специально подготовленную воду, которая должна быть биологически чистой, бесцветной, без привкуса и запаха, не должна давать осадка. Сухой остаток воды не должен превышать 1000 мг/л, общая жесткость не должна быть больше 7 мг-экв/л. Слишком жесткая вода замедляет рост микроорганизмов. Содержание вредных примесей в воде не должно превышать следующих значений, мг/л: свинец – 0,1; цинк – 5,0; мышьяк – 0,05; медь – 3,0; фтор – 1,5. Общее число микроорганизмов в 1 мл воды не должно быть более 100.
Источники углерода. Они используются микроорганизмами для синтеза клеточных структур и одновременно служат источником энергии. Самым доступным для микроорганизмов источником углерода из углеводов является глюкоза, однако из-за высокой стоимости ее используют лишь для биосинтеза дорогостоящих метаболитов. Для крупнотоннажных микробиологических производств используют другие, более дешевые углеводсодержащие продукты – различные отходы сельского хозяйства, целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности: мелассу, гидрол, крахмал картофельный, кукурузную муку, пшеничные отруби, гидролизаты полисахаридов, молочную сыворотку, солодовое сусло.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Источники азота. В бактериальных клетках азота до 12% в пересчете на сухую биомассу, в мицелиальных грибах – до 10%. Микроорганизмы могут использовать как органические, так и неорганические источники азота. Известно, что бактерии более требовательны к источникам азота, чем большинство микромицетов, актиномицетов и дрожжей. При выращивании биомасс в концентрации 30-40 г/л потребность в добавках азотсодержащих солей обычно не превышает 0,3-0,4% от объема среды. В производственных питательных средах источниками азота могут служить белки, пептиды, свободные аминокислоты. Чаще всего в промышленной ферментации используют кукурузный экстракт, соевую муку или гидролизаты дрожжей.
Из минеральных азотсодержащих веществ наиболее часто применяют аммониевые соли серной, соляной или азотной кислоты. Влияние источников азота на биосинтез зависит не только от самого источника азота, но и от общего состава среды. Существенное значение имеет соотношение азота и углерода в среде - определенное для каждого штамма-продуцента.
Источники фосфора. Фосфор является важным компонентом клетки. Он входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов и других важных компонентов клетки. В качестве источника фосфора широко используются фосфаты аммония, которые получаются нейтрализацией фосфорной кислоты аммиаком. Чаще всего применяют аммофос, который представляет собой смесь моно- и диаммонийфосфатов, а также нерастворимых примесей (шлама). Аммофос является источником не только фосфора, но и азота. Ортофосфорная (фосфорная) кислота Н3РО4 также используется как источник фосфора и для подкисления среды.
Микроорганизмы нуждаются еще в 10 минеральных элементах, но в значительно меньших количествах. Повышенная потребность микроорганизмов в микроэлементах возникает, если целевой метаболит содержит микроэлемент. Так, при биосинтезе витамина В12 в состав питательной среды включают кобальт; молибден и бор, которые стимулируют биосинтез тиамина в клетках клубеньковых бактерий; медь присутствует в ряде ферментов.
Другие виды сырья. Помимо основных компонентов питательных сред, в процессах ферментации нередко используют дополнительные виды сырья – предшественники, поверхностно-активные вещества (ПАВ), антибактериальные препараты и др.
Предшественники – синтетические продукты, входящие в состав молекулы целевого продукта и добавляемые в ферментационную среду для интенси-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
фикации процесса биосинтеза. Например, при биосинтезе пенициллина в культуральную жидкость добавляют в качестве предшественника фенилуксусную кислоту или фенилацетамид, при биосинтезе эритромицина – пропиловый спирт, витамина В12 – 5,6 диметилбензимидазол.
Поверхностно-активные вещества в биологических производствах используют главным образом для пеногашения.
Антибактериальные препараты (фурадонин, фурациллин) иногда добавляют в культуральную жидкость в небольших количествах для поддержания асептических условий.
Флокулянты. В некоторых биотехнологических производствах целесообразно стимулировать флокуляцию (конгломерацию) клеток продуцента, например, для более эффективного фракционирования клеток или с целью удерживания клеток в условиях непрерывной ферментации. Для этого применяют химические флокулянты (хлорид кальция, соли фосфорной кислоты) или синтетические полиэлектролиты, которые могут быть анионили катионактивные или неионогенные. На выпадающем в осадок фосфате кальция, например, адсорбируются клетки продуцента. Из анионактивных полиэлектролитов используют сополимер акриламида и натриевой соли акриловой кислоты. Катионактивные полиэлектролиты осаждают белковые вещества ферментируемой среды и на них адсорбируются клетки.
Технология приготовления питательных сред. Каждый конкретный микробиологический процесс имеет свои особенности на стадии приготовления питательных сред, что связано с применяемым в данном производстве источником углерода. На рис. 14.2 приведена общая схема приготовления питательной среды.
Растворимые источники углерода (например, сахара) предварительно растворяют в воде, доводя растворы до определенной концентрации в небольших открытых реакторах с мешалками, а затем подают в закрытый реакторсмеситель с плоским дном, снабженным для ввода пара барботажным устройством. Нерастворимые источники углерода тщательно суспендируют в воде в реакторе с мешалкой и переводят суспензию в реактор-смеситель. Крахмалсодержащее сырье предварительно клейстеризуют.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 14.2. Схема приготовления питательной среды:
1-3 – реакторы; 4 – фильтр; 5 – реактор-смеситель
Минеральные соли растворяют в реакторе с мешалкой, а перед подачей в реактор-смеситель фильтруют для удаления шлама (гипс и другие нерастворимые осадки). Раствор микроэлементов обычно готовится отдельно.
В реакторе-смесителе все поданные в необходимых количествах компоненты тщательно перемешиваются, рН среды доводится до необходимого значения подачей аммиачной воды или кислоты.
Реакторы для приготовления питательной среды должны быть снабжены достаточно мощными мешалками, а также перегородками-отражателями, не допускающими завихрения и вращения жидкости. В зависимости от состава используемой питательной среды выбирают тип перемешивающего устройства как в аппаратах для подготовки различных источников углерода (растворение сахаров, разбавление мелассы, клейстеризация крахмала и т. п.), так и в самом реакторе-смесителе для приготовления питательной среды.
Подготовленная в реакторе-смесителе питательная среда должна быть подвергнута стерилизации. Для обеззараживания питательных сред применяют химическое воздействие (дезинфекцию), воздействие температуры и других физических факторов (ультразвук, ультрафиолетовые лучи, ультрафильтрация). Каждый из этих методов весьма избирателен. В биотехнологии широко применяют термические методы обеззараживания. Для стерилизации питательных
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
сред используют два метода: при периодическом культивировании – циклический и при непрерывном культивировании – непрерывный.
Циклический метод стерилизации питательной среды очень прост. Эту операцию можно осуществить непосредственно в ферментаторе. При этом среда и оборудование стерилизуются одновременно. Чаще всего используют комбинированный нагрев острым и глухим паром. Острый пар подают в питательную среду, а глухой – в рубашку (или в змеевик). Острый пар поступает в ферментатор через штуцеры для подачи посевного материала, воздуха и для взятия проб. Поэтому вся арматура, соединенная с ферментатором, стерилизуется проходящим острым паром.
При циклической стерилизации поддерживают температуру 121 °С, что соответствует давлению насыщенного пара 100 кПа. Обычно питательные среды выдерживают при такой температуре от 30 до 40 мин. Полный цикл нагревания, выдержки и охлаждения для ферментаторов большого объема достигает нескольких часов.
Длительная тепловая стерилизация приводит к определенным химическим изменениям в составе питательной среды. Некоторые нестойкие к нагреванию соединения разлагаются, что приводит к потере необходимых для микроорганизмов питательных веществ. Другие соединения могут вступать во взаимодействие между собой с образованием продуктов, ингибирующих рост микроорганизмов. Большинство изменений химических компонентов в составе питательной среды может происходить при температурах, более высоких, чем температура стерилизации. Следовательно, эффективная стерилизация при минимальном изменении состава среды может быть достигнута применением более высокой температуры, быстрым нагреванием и охлаждением среды. Поэтому в настоящее время циклический метод применяют для стерилизации среды только в аппаратах малого объема.
Метод высокотемпературной непрерывной стерилизации, используемый на большинстве заводов, дает возможность свести к минимуму ухудшение питательных качеств среды без снижения эффективности самой стерилизации.
Приготовленная в отдельной емкости питательная среда насосом прокачивается через установку непрерывной стерилизации в заранее простерилизованный ферментатор. На рис. 14. 3 представлена схема непрерывной стерилизации в потоке.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Применение более высоких температур, чем при циклической стерилизации, позволяет резко сократить продолжительность выдерживания среды при максимальной температуре, а периоды нагревания и охлаждения осуществить за несколько секунд.
Рис. 14.3. Схема установки для стерилизации питательной среды:
1—емкость; 2—насос; 3 — нагреватель; 4 — выдерживатель; 5 — холодильник.
Культивирование или ферментация. Самый ответственный процесс в микробиологическом синтезе – ферментация. Поэтому аппараты, в которых проходит этот процесс – ферментаторы, являются главным технологическим оборудованием любого микробиологического производства.
Перед заполнением аппарата его моют, проверяют на герметичность. Стерилизуют горячим паром как сам ферментатор, так и систему трубопроводов. Для обеспечения стерильности ферментатора часто применяют предварительную обработку его химическими веществами (этот процесс проводят непосредственно перед обработкой горячим паром). После этого его заполняют стерильной охлажденной питательной средой. Затем по линии посевного материала с помощью стерильного воздуха в ферментатор вводят посевной материал. Перед его подачей температура и рН питательной среды должны быть доведены до оптимальных значений для данной культуры, соответственно регулируют интенсивность аэрации и перемешивания среды. Для предотвращения попадания нестерильного атмосферного воздуха в аппарат давление воздуха над поверхностью жидкости повышают на 20-30 кПа. Во время ферментации автоматически регулируются температура и рН среды, в случае необходимости добавляют раствор кислоты или щелочи.
При получении активных веществ методом периодической ферментации
различают два этапа.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
На первом этапе идет интенсивное размножение культуры. Она проходит через все характерные фазы развития. На этом этапе компоненты питательной среды используются, главным образом, на получение энергии и конструктивный обмен веществ – происходит постепенная ассимиляция источников углерода и азотсодержащих веществ, в среде накапливаются продукты окисления углеводов, например, кислоты. На втором этапе происходит интенсивный синтез нужного метаболита (иногда он идет параллельно процессу роста культуры), наблюдается старение клеток и их автолиз.
Ферментацию прекращают, когда в среде накапливается максимальное количество полезного продукта. Конец ферментации можно определить и микробиологически по морфологическим изменениям клеток продуцента. Окончив ферментацию, культуральную жидкость охлаждают до 10-15° С и перекачивают в резервуары, из которых она постепенно подается на дальнейшую обработку.
Оборудование для реализации процесса ферментации
Ферментаторы представляют собой герметические цилиндрические емкости, объемом от 50 л до 200 м3. Высота ферментаторов в 2-2,5 раза превышает диаметр. Чаще всего их изготавливают из нержавеющей стали. В ферментаторах установлены мешалки турбинного, пропеллерного или другого типа. Диаметр турбины составляет 1/3 диаметра аппарата. В производстве антибиотиков широко распространены ферментаторы с мешалками, под которыми находится кольцевидный или радиальный воздушный барботер. Для поддержания температуры в аппарате имеется двойной кожух или теплообменник типа змеевика. Ферментатор оборудован арматурой и трубопроводами для подачи питательной среды, воды, пара, раствора, регулирующего рН, пеногасителей, воздуха и других материалов. Современные ферментаторы укомплектованы измерительными приборами и регулирующими устройствами. Ферментаторы оборудованы устройствами для пеногашения и смотровыми люками.
Главное требование к аппаратам – это сохранение стерильности, поэтому они должны быть герметичными. Все линии трубопроводов должны быть доступны для обработки горячим паром.
В связи с интенсивной аэрацией и перемешиванием во время ферментации питательная среда образует пену. Это может нарушить стерильность процесса и вызвать потери культуральной жидкости. Для ограничения пенообразо-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
вания используют как химические средства (масло, олеиновая кислота, силиконы и др.), так и механические (вращающиеся лопасти в верхней части аппарата, циклоны, струи жидкости и др.). Существуют методы и устройства химикомеханического пеногашения.
Конструкции ферментаторов различны. Рабочий объем не превышает 7/10 общего объема. Свободное пространство над поверхностью раствора используется как буферное, где накапливается пена и таким образом предотвращается потеря культуральной жидкости. Исследования показали, что в пенящейся жидкости условия аэрации лучше, чем в плотных растворах, при условии непрерывного перемешивания и циркуляции слоя пены, т.е. при исключении длительного нахождения микроорганизмов вне культуральной жидкости.
К ферментаторам, как главным аппаратам микробиологического синтеза, предъявляются самые высокие требования. Важно иметь полную информацию о ходе процесса, поэтому в ферментаторы вмонтированы приборы – измерители и регуляторы всевозможных параметров. Современный процесс ферментации управляется автоматически по заданной программе с центрального пульта.
Число используемых процессов микробиологического синтеза достаточно велико. В зависимости от вида процесса, применяемых сырья и культуры микроорганизмов различаются и требования к аппарату.
1. Установки для поверхностного культивирования микроорганизмов.
При производстве ферментов и органических кислот до сих пор широко применяется культивирование микроорганизмов на поверхности жидких или сыпучих сред. Культивирование микроорганизмов на сыпучих средах (твердофазная ферментация) при производстве ферментов осуществляется в кюветах, а также в различных механизированных установках. Схема одной из современных установок конструкции ВНИИ биотехника для культивирования в слое сыпучего сырья высотой 300—500 мм изображена на рис. 14.4.
Аппарат представляет собой вертикальный сосуд цилиндрической формы с коническим днищем, снабженный рубашкой и змеевиками для охлаждения культуры. Внутреннее пространство разделено на несколько секций горизонтальными перфорированными пластинами. Субстрат перемешивается с помощью лопастных мешалок, установленных в каждой секции на вертикальном валу. Засеянную питательную среду загружают через верхний люк, а готовую культуру выгружают через нижний люк. Культура подается с верхних секций на нижние путем периодического переворачивания перфорированных пластин
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
на 90° вокруг горизонтальной оси. В каждую секцию под перфорированные пластины поступает стерильный воздух.
Перемешивание сыпучего субстрата в данном аппарате позволяет вести процесс культивирования в толстом слое субстрата (300 – 500 мм, при выращивании в кюветах – 20 – 30 мм). Это существенно повышает удельную производительность установки. Так, производительность трехсекционного аппарата этой конструкции диаметром 3200 мм 1000 кг готовой культуры в сутки.
Рис. 14.4. Схема аппарата для поверхностного выращивания микроорганизмов:
1 – люк для выгрузки; 2 – валик секции; 3 – опора; 4 – коллектор стерильного воздуха; 5 – змеевик; 6 – лопасть мешалки; 7 – коллектор отработавшего воздуха; 8 – крышка; 9 – бобышка манометра: 10 – штуцер; 11 – воздушник; 12 – шестерня привода вала; 13 – вал; 14 – люк для загрузки.
2. Установки для глубинного культивирования.
Аппараты с вводом энергии только газовой фазой. Аппараты для глу-
бинного культивирования микроорганизмов с вводом энергии аэрирующим газом применяются очень давно Общей чертой всех аппаратов этой группы является отсутствие движущихся элементов; культуральная жидкость перемешивается за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в аппарат через барботер или другое устройство. К ферментаторам с вводом энергии газовой фазой относятся барботажные, барботажно-эрлифтные, колонные и некоторые другие.
Барботажные аппараты. Представляют собой сосуд, в нижней части которого установлено газораспределительное устройство – барботер, предназначенное для подачи аэрирующего воздуха. При необходимости аппарат оснащают теплообменным устройством в виде охлаждающей рубашки. Барботер может быть выполнен в виде тонкостенной трубки или системы трубок, в стенках которых имеются отверстия диаметром 0,3 – 2 мм. Наиболее распространенные типы барботеров изображены на рис. 14.5.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 14.5. Типы барботеров:
а – кольцевой; б – квадратный; в – лучевой
Основной недостаток барботажных аппаратов – низкая скорость сорбции кислорода [1—2 кг/(м3ч)]. Этот недостаток частично устраняется при использовании аппаратов колонного типа с большой высотой столба жидкости. В них выше движущая сила процесса массопередачи, увеличена интенсивность микро- и макроперемешивания среды пузырьками воздуха, что приводит к возрастанию скорости сорбции кислорода.
Массообменные характеристики барботажных аппаратов существенно зависят от конструкции газораспределительного устройства и свойств ферментационной жидкости. С целью интенсификации массообменных процессов барботажные ферментаторы оснащают дополнительными элементами; циркуляционными контурами, контактными устройствами и др.
Барботажные аппараты с контактными устройствами. Контактные устройства представляют собой неподвижные элементы различной формы (перегородки, тарелки и т. п.). Они предназначены для увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз, следовательно, для повышения скорости массопередачи в системе газ – жидкость и жидкость – газ. Интенсификация процесса массопередачи в аппаратах с контактными устройствами достигается за счет дополнительного диспергирования газовых пузырьков, формирования рациональной структуры потоков газожидкостной эмульсии, увеличения длительности пребывания пузырьков газа в жидкости и др.
Аппараты с подводом энергии только жидкой фазой. Среди аппаратов с подводом энергии к жидкой фазе можно выделить три основные группы; ферментаторы с самовсасывающими мешалками; струйные и эжекционные.
Ферментаторы с самовсасывающими мешалками. Ферментаторы этого типа просты по устройству и удобны в эксплуатации. Самовсасывающая мешалка осуществляет одновременно перемешивание культуральной жидкости и
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
подачу воздуха для аэрации. При этом подача аэрирующего воздуха обеспечивается не путем сжимания, как в барботажных аппаратах, а в результате разрежения, создаваемого во внутренней полости мешалки при ее вращении.
|
На рис. 14.6 изображена кон- |
|
|
струкция самовсасывающей мешал- |
|
|
ки, разработанная Иркутским НИИ- |
|
|
химмаш. Во внутренней части име- |
|
|
ется воздушная полость с кольце- |
|
|
вым соплом, соединенная с возду- |
|
|
хоподводящим |
патрубком. При |
|
вращении мешалки лопатки создают |
|
Рис. 14.6. Самовсасывающая мешалка: |
поток жидкости |
в направлении к |
стенкам аппарата. |
|
|
1 – воздушная полость, 2 – воздухоподводя- |
|
|
щий патрубок, 3 – турбина, 4 – лопатки. |
|
|
При этом в зоне между лопатками и валом возникает область пониженного давления. В результате воздух из атмосферы через воздухоподводящий патрубок поступает во внутреннюю полость мешалки и попадает в ферментационную жидкость, где диспергируется, проходя через зону вращения лопаток.
Струйный ферментатор также можно отнести к аппаратам с подводом энергии к жидкой фазе, так как энергия тратится на работу насоса, который подает жидкость в верхнюю часть аппарата (рис. 14.7). Ферментатор представляет собой колонну, в корпусе которой расположены одна над другой секции, соединенные сливными трубами. Культуральная жидкость из нижней части корпуса подается центробежным насосом в верхнюю часть аэрирующего устройства, выполненного в виде струйного элемента с шахтной головкой. Жидкость падает вдоль стенок шахты, переходящей в коническую трубу, кольцевым потоком. По мере уменьшения поперечного сечения трубы кольцевой поток переходит в сплошной, образуя область пониженного давления, в которую через отверстия в шахтной головке засасывается воздух. Струя аэрированной жидкости падает в верхнюю реакционную камеру, обеспечивая в ней перемешивание, а оттуда через аналогичные переливные устройства – в нижнюю камеру, при этом вновь подсасывается воздух.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Рис 14.7. Схема струйного ферментатора:
1 – циркуляционный насос, 2 – всасывающий трубопровод, 3 – напорный трубопровод, 4 – струйный элемент, 5, 8 – штуцеры для подачи воздуха, 6 – воздухопровод, 7 – шахтная головка.
Эжекционные ферментаторы. Представляют собой емкость с циркуляционным контуром, включающим насос и один или несколько эжекторов. Культуральная жидкость засасывается насосом из нижней части аппарата и подастся в верхнюю часть через сопло, расположенное выше уровня жидкости. Этим достигаются дополнительное перемешивание среды и пеногашение. Аэрирующий воздух засасывается эжектором и диспергируется в культуральной жидкости.
Разработаны многоярусные эжекционные аппараты и аппараты с дополнительными аэрирующими устройствами. Несмотря на простоту конструкции, эжекционные аппараты большой емкости не нашли широкого применения в биотехнологической промышленности из-за низких массообменных характеристик.
Аппараты с комбинированным подводом энергии. В ферментаторах этого типа энергия подводится к жидкой фазе с помощью перемешивающего устройства и к газовой фазе путем принудительной подачи воздуха. Такие аппараты имеют хорошие массообменные характеристики, и в них можно сравнительно легко варьировать режим перемешивания и массообмена. Они наиболее широко применяются в производстве продуктов микробного метаболизма (аминокислот, ферментов, антибиотиков), редко – в производстве кормовых дрожжей.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
На рис. 14.8 изображен такой ферментатор объемом 100 м3. Это цилиндрический сосуд с разделенной на секции охлаждающей рубашкой и змеевиками для отвода теплоты, образующейся при росте микроорганизмов. На крышке аппарата установлен электродвигатель мощностью 120/180 кВт с редуктором. На валу установлены четыре мешалки различных типов.
Внизу, у самого днища ферментатора, расположена мешалка пропеллерного типа, чуть выше – закрытая турбинная мешалка с криволинейными лопастями и статором, а затем – две закрытые турбинные мешалки с прямыми лопастями. Воздух подается в аппарат принудительно через трубчатый барботер снизу.
Рис. 14. 8. Схема ферментатора с комбинированным подводом энергии:
1 – вал, 2, 3,6 – мешалки,4 – статор, 5 – барботер.
Ферментационная жидкость в таком аппарате перемешивается с помощью мешалки и движущихся вверх пузырьков воздуха, подаваемого через барботер. Мешалки обеспечивают также дополнительное диспергирование воздуха, способствуя увеличению поверхности контакта фаз и коэффициента массопередачи. Изменяя частоту вращения мешалки (в данном аппарате 120 или 180 мин-1) и расход подаваемого воздуха, можно в достаточно широких пределах варьировать скорость массопередачи.
Контрольно-измерительная аппаратура для управления процессом фер-
ментации. Основные достижения в области контроля и управления процессом ферментации в настоящее время связаны с совершенствованием измерительных устройств и широким внедрением микропроцессоров. В соответствии с классификацией измерений, используемых для контроля процесса ферментации, все параметры предлагается разбить на три группы, характеризующие физические, химические и биологические аспекты протекания процесса.
К физическим параметрам относятся расход сред, давление, температура, объем, масса и др. Химические параметры: рН, окислительновосстановительный потенциал, концентрация газовых фаз в биосуспензии и в газах на выходе биореактора. Биологические параметры: концентрация компонентов питательной среды, целевого продукта, биохимическая активность
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
культуры (оценка РНК, АТФ и др.) Имеется большое количество промышленных приборных средств, обеспечивающих измерение основных физических параметров с требуемой точностью. Расход входных и выходных потоков контролируется из уравнения материального баланса.
Из химических параметров наиболее удобным является водородный показатель. Промышленные рН метры в настоящее время позволяют выполнять высокочастотные измерения с надежностью 98%.
Для анализа содержания растворенного кислорода обычно пользуются датчиками, содержащими два электрода в электролите, отделенном от потока биосуспензии мембраной из сополимера этилена и пропилена. Недостаток такого датчика, как и любого мембранного, заключается в возможности механического повреждения и загрязнения мембраны. Мембранные датчики используются также для измерения растворенного СО2.
Для определения концентрации кислорода в потоке отходящих газов применяются парамагнитные анализаторы. Минимальная погрешность измерений (3%) достигается использованием двух парамагнитных датчиков, установленных в термостатическом сосуде. На один из датчиков подается поток эт а- лонного газа. За рубежом применяются полярографические датчики кислорода. Содержание СО2 в потоке отходящих газов определяется по величине поглощения инфракрасного светового пучка и методами масс-спектроскопии.
Биологические параметры наиболее трудно поддаются измерению, поскольку они, в основном, определяются в ходе сложных биохимических реакций. Поэтому для оценки биологических параметров используются косвенные характеристики: вязкость биомассы, оптическая плотность, мутность и др. Для определения концентрации биомассы используют капиллярный вискозиметр с предварительным подогревом и периодической калибровкой эталонным раствором.
Для определения концентрации одноклеточных организмов в культуральной жидкости успешно используются оптические устройства. В частности датчик, позволяющий производить непрерывное измерение оптической плотности биосуспензии в реальном масштабе времени. Отличительной особенностью прибора является возможность автоматического разбавления биомассы с помощью специальной цилиндрической кюветы, содержащей прозрачную трубку с дистиллированной водой. Для измерения диапазона измеряемых концентраций имеется набор съемных кювет. Такие датчики используют для измерения концентрации лимонной кислоты.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Для измерения мутности биосуспензий в ферментаторе устанавливают зеркало, на которое падает световой пучок, переданный от источника света по световому волокну. Отраженный световой пучок поступает на фотоэлемент. Для увеличения точности измерений оценка концентрации производится по разностному сигналу, полученному при различных смещениях зеркала.
Широкое распространение получили датчики концентрации биомассы, основанные на измерении электрических свойств биосуспензии. Принцип работы датчика основан на измерении проводимости суспензии микроорганизмов. Недостатком указанных датчиков является невозможность проведения измерения непосредственно в биореакторе. Для устранения этого недостатка предложено использовать датчик, состоящий из двух помещенных в ферментер цилиндров, внутри которых имеются электроды.
Одним из наиболее перспективных направлений в области разработки контрольно измерительной аппаратуры для управления биосинтезом является создание датчиков с чувствительными элементами, содержащими биологически- активное вещество, так называемых биосенсоров и биозондов. Применение для аналитических целей биосенсоров и биозондов на основе иммобилизованных ферментов, а также целых клеток микробного, растительного и животного происхождения позволяет существенно сократить время анализа и открывает возможность полной автоматизации управления и контроля биотехнологическими процессами. Использование биосенсоров и биозондов наиболее эффективно в ферментативной технологии, клинической биохимии.
Принцип работы биозондов основан на специфических реакциях, в которых участвует биологически активное вещество чувствительного элемента (в качестве биологически активного вещества используют ферменты, многоферментные системы, антитела, органеллы, бактериальные клетки, участки тканей), непосредственно связанное с преобразователем. В результате реакций изменяются один или несколько физико-химических параметров (выделение или поглощение газов О2, СО2, NН3, выделение тепла, изменение электропроводности) и преобразователем вырабатывается соответствующий электрический сигнал. Биосенсоры могут разрабатываться на основе любой ферментативной реакции, сопровождающейся изменением рН, концентрацииО2, СО2, выделением тепла, излучением света и др.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
14.2.2. Культивирование клеток и тканей животных и человека
Массовое выращивание клеток животных в культуре является центральным звеном любого технологического процесса, основанного на использовании клеток животных, и в первую очередь производства противовирусных препаратов.
Одним из основных свойств клеточных культур является ограниченная даже при условии постоянного переноса их на свежую питательную среду продолжительность жизни (после 50-100 делений клеточные культуры погибают). Не составляют исключения и такие хорошо переносящие культивирование клетки как фибробласты. Чем моложе возраст источника, из которого получены клетки для культивирования в культуре, тем большее число раз они способны делиться, прежде чем погибнуть. Анэуплоидные клетки (клетки, у которых число хромосом в ядрах не является кратным гаплоидному набору), а также многие линии опухолевых клеток составляют исключение из этого правила.
Клеточные субстраты. В течение многих лет разрабатывались методы выращивания клеток животных в небольших количествах в лабораторных условиях. Однако наладить массовое культивирование таких клеток оказалось не просто. Способ выращивания, характер, используемые среды, методы управления и контроля в значительной степени зависят от типа выращиваемых клеток. Все культивируемые клетки первоначально получают от животных механической или ферментативной дезагрегацией. Тканевые эксплантаты или клетки, помещенные в подходящую среду, развиваются в первичные культуры с "нормальным" (диплоидным) или "ненормальным" (трансформированным или происходящим из опухоли) кариотипом.
Классификация культивируемых клеток представляет определенные трудности. Различают первичные культуры клеток и клеточные линии. В производстве вакцин предпочитают первичные или вторичные культуры; диплоидные клеточные линии и непрерывные (постоянные) клеточные линии.
Первичная культура – это культура, происходящая от клеток тканей или органов, взятых непосредственно из организма. Культура считается первичной до тех пор, пока она не субкультивируется, после чего становится клеточной линией. Постоянная клеточная линия – это клетки, способные субкультивироваться вне организма в течение неограниченного числа пассажей.
Первичные культуры обычно получают трипсинизацией тканей куриных эмбрионов или тканей (чаще всего почек), взятых от других видов здоровых животных. Возраст используемых эмбрионов может значительно различаться и
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
влиять на выход и жизнеспособность клеток.
Первичные культуры значительно различаются в зависимости от типа ткани и условий выращивания. Некоторые культуры после посева через несколько дней погибают, тогда как другие могут длительно сохраняться без заметных морфологических и биохимических изменений. С момента приобретения такими культурами способности расти при серийных пересевах и до гибели в результате потери такой способности проходит от нескольких недель до нескольких месяцев. Клетки эмбрионального происхождения обычно сохраняют жизнеспособность при культивировании более продолжительный период.
Факторы, влияющие на культивирование клеток. Клетки теплокров-
ных животных являются наиболее прихотливыми к условиям внешней среды. Кроме питательных веществ, для сохранения жизнеспособности, роста и размножения клеток в культуре, а также для выполнения специфических функций требуются определенные физические и химические условия.
Температура является одним из главных условий нормальной жизнедеятельности клеток. К колебаниям температуры особенно чувствительны клетки теплокровных животных. Для нормальных жизненных процессов большинства клеток млекопитающих и птиц оптимальная температура в пределах 36 – 38 °С. Клетки млекопитающих, в отличие от клеток холоднокровных позвоночных и насекомых, имеют более высокий температурный оптимум и несколько хуже хранятся при низких положительных температурах. Крайние температуры обратимости для клеток млекопитающих – 42 °С, а для клеток птиц – 46 °С. Фибробласты оказались более чувствительными к нагреванию, чем эпителиальные клетки. У некоторых клеток млекопитающих, таких как эпителий кожи, температурный оптимум ниже, чем у остальных. Клетки млекопитающих проявляют небольшую способность адаптироваться к повышенной (42,5°С) и пониженной (30°С) температурам. Клетки насекомых хорошо размножаются при 25 °С и в зависимости от индивидуальных особенностей и предшествующей адаптации их оптимум роста может быть при температуре 22–30 °С. Культуры клеток холоднокровных позвоночных выращивают, как правило, при 20–25 °С.
Осмотическое давление среды также является важным фактором, обусловливающим нормальную жизнедеятельность клеток животных в культуре. Определяется оно числом молей осмотически активных частиц (ионов и неионизированных молекул), содержащихся в 1 л раствора (осмолярность). В пита-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
тельных средах, как и в жидкостях животного организма, оно определяется главным образом концентрацией неорганических солей и, в первую очередь, хлористого натрия. Однако, органические вещества, особенно низкомолекулярные, например глюкоза, также влияют на осмотическое давление среды. Для клеток млекопитающих нормальное осмотическое давление при 38 °С равно 770 кПа, что cooтветствует точке замерзания около (– 0,63) °С. Клетки легко переносят колебания осмотического давления в пределах ±10%.
Концентрация водородных ионов играет исключительную роль в обеспечении нормального метаболизма клеток. При культивировании клеток млекопитающих и птиц стремятся поддерживать рН среды близким к нейтральному (7,0-7,2), хотя клетки остаются жизнеспособными длительный период при рН 6,8-7,8. Наиболее стойки к изменению рН однослойные культуры клеток. Клетки, растущие в суспензии, весьма чувствительны к отклонению рН за пределы границ оптимального роста. Это объясняется, вероятно, тем, что в однослойной постоянной культуре клетки создают на своей поверхности "микроклимат", который несколько отличается от окружающей питательной среды, в том числе и по величине рН. В постоянно перемешиваемой суспензии условия везде одинаковы: как в околоклеточном пространстве, так и вне его. Доказано, что оптимальный показатель рН среды неодинаков для различных клеточных культур. Для максимального размножения целого ряда перевиваемых клеток оптимальный рН среды является индивидуальным. В целом клетки постоянных линий по сравнению с нетрансформированными предпочитают менее щелочной рН.
Газовая среда. Растворенный кислород имеет ключевое значение в метаболизме клеток. Кислород и углекислота, как и вода, свободно проникают в клетку и выходят из нее по градиенту концентрации. Интенсивность дыхания (потребление кислорода на клетку в единицу времени при определенных температурах и давлении) зависит от вида клеточной культуры. Оптимальный уровень растворенного кислорода для различных линий клеток является неодинаковым и варьирует от 10 до 100% насыщения воздухом.
Потребность в питательных веществах. Клетки животных в культуре сохраняют ту же потребность в питательных веществах и ростовых факторах, что и в организме. Создание условий культивирования, адекватных имеющимся в организме, является важной и в то же время трудной задачей. Требования клеток к факторам среды в значительной мере зависят от типа и свойств культуры. Различают два основных компонента питательных сред: низкомолеку-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
лярные соединения (метаболиты, витамины, ионы) и ростовые факторы. В сывороточных средах источником ростовых факторов и многих минорных компонентов является сыворотка крови животных.
Неорганические соли. Потребности клеток в неорганических солях в культуре и в организме практически совпадают. Главными ионами среды являются Na+, K+, Са2+, Mg2+, C1-, НРО42-. Неорганические соли в основном обеспечивают поддержание электролитического баланса и осмотического равновесия среды. Кроме того, ноны могут действовать как регуляторы роста или различных функций клеток. Ионы калия, например, играют важную роль в росте высокодифференцированных клеток сердца, глин и гонад, а ионы кальция - в регуляции митозов. Соотношение ионов Са и Mg важ но для контроля клеточной пролиферации и трансформации in vitro. Кроме участия в обмене, кальций играет определенную роль в прикреплении клеток к стеклу и другим плотным субстратам в процессе культивирования на поверхностях. При культивировании в суспензии с целью уменьшения прикрепления клеток друг к другу и стенкам культуральных сосудов в среду не включают солей кальция, а потребность клеток в этом ионе, вероятно, удовлетворяется за счет его присутствия в сыворотке. Бикарбонат обычно включают в среды не только как питательное вещество, но и как буфер. Урожай клеток и скорость их роста зависят от соотношения различных ионов, особенно ионов натрия и калия. Иногда в состав питательных сред включают микроэлементы. Такие элементы, как Fe, Cu, Zn, Co, Мо, в течение многих лет входят в состав некоторых сред. Среди других полезных следовых элементов, обладающих активностью in vitro, отмечены Se, S, V, Cr, Al и As.
Аминокислоты. Все среды содержат аминокислоты, но количество их и соотношение варьирует в широких пределах. Аминокислоты необходимы как строительные блоки белкового синтеза, а также как источник энергии. Для роста и размножения широкого спектра клеток млекопитающих требуются по меньшей мере 13 аминокислот. Кроме 8 аминокислот, необходимых организму (изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан и валин), клетки млекопитающих для размножения в культуре нуждаются еще в пяти аминокислотах: аргинине, цистине, глютамине, гистидине и тирозине. Некоторые необходимые аминокислоты (гистидин, лейцин, изолейцин, метионин, фенилаланин, тирозин, валин) могут быть заменены соответствующими кетокислотами, которые с помощью различных клеточных трансаминаз превращаются в ами-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
нокислоты, подобно тому, как это происходит в организме. Необходимость присутствия в среде пяти аминокислот, не требующихся для целого организма, вызвана различными причинами и связана, прежде всего, с их ограниченным синтезом клетками как в организме, так и в культуре.
Витамины. Для роста в культуре клетки нуждаются в восьми витаминах группы В: никотинамиде, тиамине, пантотенате, пиридоксине, рибофлавине, фолиевой кислоте, холине и инозитоле. Большинство из них являются кофакторами энзимов. Клетки растут с максимальной скоростью, если концентрация этих витаминов в среде не ниже 10-7-10-8 г/мл. В состав многих сывороточных сред не входит биотин. Однако при культивировании диплоидных фибробластов человека его присутствие в среде необходимо .
Витамин С, стабильный лишь в кислых растворах, включают в некоторые среды преимущественно для обеспечения окислительно-восстановительного потенциала, например, вместе с глютатионом и цистеином.
Жирорастворимые витамины в последнее время, как правило, не включают в состав питательных сред. Однако витамин А и его аналоги имеют важное значение для дифференциации клеток и стабильности мембран. Витамин Е используют, в основном, как антиоксидант.
Углеводы. При обычных условиях выращивания клетки получают энергию главным образом за счет гликолиза углеводов. Хотя энергетическая потребность клеток обеспечивается в определенной степени за счет аминокислот
иα -кетокислот они не могут заменить углеводы.
Всыворотке крови взрослых животных основным углеводом является глюкоза, а эмбрионов млекопитающих – фруктоза. В качестве энергетического материала для культивирования клеток чаще всего используют глюкозу. Глюкозу более или менее эффективно можно заменять другими углеводами (фруктозой, лактозой, галактозой, маннозой и мальтозой). Диплоидные клетки человека приблизительно в одинаковой степени утилизируют глюкозу, маннозу и в меньшей степени – фруктозу и галактозу.
Липиды. При обычных условиях культивирования клетки содержат небольшое количество липидов. Большинству нетрансформированных клеток требуются жирные кислоты. Многие синтетические среды не содержат липидов, и культивируемые в них клетки обеспечивают свою потребность главным образом за счет липидов сыворотки. Жирные кислоты, стероиды, фосфолипиды
имногие другие метаболиты попадают в сывороточные среды с сывороточны-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ми белками, которые могут связывать их в высоком соотношении (например, с бычьим сывороточным альбумином 9:1). Поэтому сыворотка является прекрасным источником липидов для культивирования клеток в минимальной среде, не содержащей липидов. Белки сыворотки, с одной стороны, могут освобождать в среду полезные жирные кислоты, а с другой – связывать образующиеся в культуре и являющиеся ингибиторами роста клетки. Жирные кислоты могут поступать в связанной форме с бычьим сывороточным альбумином (олеиновая кислота) или с диализованной эмбриональной сывороткой (линолевая кислота).
Гормоны и факторы роста. Все клетки в культуре нуждаются во многих гормонах и ростовых факторах, которые обеспечивают прохождения клеточного цикла и синтетических процессов. Обычно для выращивания эпителиальных клеток в бессывороточные среды включают инсулин, выполняющий многие функции, и кортизол или его синтетический аналог дексаметазон. Многие бессывороточные среды содержат 10 факторов роста и гормонов, в том числе трансферрин, связывающий железо, и кроме того, бычий сывороточный альбумин, связывающий жирные кислоты.
К ростовым факторам относят вещества, как правило, пептидной природы, обладающие способностью стимулировать пролиферацию клеток непосредственно или в совокупности с другими факторами. Факторами роста называют белки, которые индуцируют пролиферацию, находясь вне клетки и взаимодействуя с ее поверхностью. Прототипом этой группы молекул является фактор роста из тромбоцитов. В нее также входят эпидермальный фактор роста, a- и b- трансформирующие факторы роста, фактор роста фибробластов, инсулин, соматомедины (инсулиноподобные факторы роста), трансферрин и др. Их действие имеет обратимый характер. Они не обладают специфической мутагенной активностью. В физиологических условиях синтезируются нормальными клетками. Например, основным источником эпидермального фактора роста являются слюнные железы.
Питательные среды и солевые растворы. Питательные среды должны обеспечивать необходимые для роста клеток физико-химические условия и снабжать их питательными веществами для синтеза клеточной биомассы и продуктов.
Успех приготовления клеточных культур зависит от качества материалов, содержащихся в питательной среде и вносимых при посеве. По количеству и качеству компонентов питательные среды для тканевых культур значительно различаются между собой. Они могут состоять из компонентов, химический со-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
став которых точно известен. Такие среды называют синтетическими. Однако, в большинстве случаев применяют синтетические среды не как таковые, а в смеси с сывороткой или другими биологическими продуктами, химический состав которых неизвестен. Основу любых питательных сред составляют растворы неорганических солей. Питательные среды различаются между собой не только по содержанию пищевых субстратов, но и по содержанию неорганических солей. В одних случаях они обеспечивают клональный рост одиночных клеток, в других – массовое размножение клеток, в третьих – поддержание жизнеспособности выросших (неделящихся) клеток. В соответствии с такой классификацией питательных сред степень их питательной ценности существенно меняется. Среды для кратковременного поддержания жизнеспособности клеток (поддерживающие среды) имеют более простой состав, чем для длительного размножения (ростовые среды). Их состав может также зависеть от характера культивируемых клеток и способа выращивания. Качество питательных сред определяется в первую очередь степенью очистки воды и стандартностью отдельных компонентов. Высокое качество воды является наиболее важным требованием, предъявляемым к компонентам питательной среды. Для приготовления питательных сред питьевую воду обрабатывают следующим образом: 1) очищают от органических материалов ультрафильтрацией или обратным осмосом; 2) проводят деминерализацию ионообменным способом или дистилляцией; 3) хранят при 80–90 °С для предотвращения бактериального роста. Среды должны быть приготовлены из реактивов наивысшей чистоты.
По количеству компонентов все питательные среды можно разделить на простые и сложные. Уменьшение числа компонентов до минимума, необходимого для обеспечения роста клеток, привело к созданию так называемых минимальных сред, к которым относится среда, предложенная Иглом. Она является наиболее простой. В ее состав входят 13 аминокислот, 8 витаминов, глюкоза и 6 неорганических солей. Набор 13 аминокислот, входящий в состав среды Игла, считается минимальным для большинства культур клеток млекопитающих. Кроме среды Игла, на практике широко применят среды 199, DМЕМ, RPMI1604 F-2, которые различаются между собой по качественному составу. Для массового культивирования клеток часто применяют среду 199. В состав этой весьма сложной среды входят почти все аминокислоты, витамины, некоторые предшественники нуклеиновых кислот. Дополнительные факторы роста, ис-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
точники липидов и неорганические соли. Дополненная сывороткой, она может поддерживать рост диплоидных клеток длительный период, а размножение постоянных клеточных линий – неограниченное время. При работе с "капризными" культурами клеток, а также первичными культурами лейкоцитов и линиями лимфобластоидных клеток предпочитают пользоваться средой RPMI-1604 с сывороткой. Культуры гибридных клеток, как правило, выращивают в среде RPMI-1604 или модифицированной среде Игла, дополненных эмбриональной сывороткой.
Сыворотка содержит более 1000 различных белков и других веществ. Она является поставщиком ряда незаменимых низкомолекулярных питательных веществ, в том числе пептидных факторов роста и гормонов, является носит елем лабильных и водонерастворимых питательных веществ, факторов адгезии, ингибиторов протеаз и токсинов, повышает буферность и вязкость среды. К недо с- таткам сыворотки относят: вариабельность состава (отдельные серии не обладают достаточной питательной ценностью и даже токсичны); частая контаминация вирусами, микоплазмами, бактериями и грибами; ее присутствие затрудняет оценку питательной ценности среды как таковой и очистку конечного продукта; высокая стоимость и периодическая дефицитность. Сыворотка часто содержит антитела и специфические ингибиторы вирусной репликации. Очень трудно получить большое количество сыворотки постоянного качества и постоянного состава, особенно эмбриональной. Для обогащения питательных сред используют сыворотки различного происхождения. Наиболее широко применяют сыворотку крупного рогатого скота.
Обычно пользуются нативными или инактивированными сыворотками. Тепловая инактивация (56°С, 30 мин) разрушает комплемент, а также случайно попавшие микоплазмы и некоторые вирусы, это снижает и ростовые качества сыворотки, одновременно повышая стабильность при хранении. Непрогретая сыворотка менее стабильна, и ее следует хранить при (– 20)°С.
Кроме сыворотки, к числу природных ингедиентов сред относят различные белковые гидролизаты, которые являются источником аминокислот и других идентифицированных факторов роста клеток. К наиболее известным и распространенным из них относится гидролизат лактальбумина, получаемый при ферментативном гидролизе белка молока. Среду, состоящую из солевого раствора (Хенкса или Эрла), гидролизата лактальбумина (обычно 0,5%) и сыворот-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
ки крови (5-10%) успешно используют для выращивания первичных культур различных тканей млекопитающих.
С целью сведения к минимуму возможности контаминации клеточных культур и сохранения максимального ростового потенциала клеток при массовом культивировании применяют различные методы контроля.
Среда, сыворотка, растворы антибиотиков, трипсина, применяемые добавки должны быть проверены на загрязненность бактериями, микоплазмами и вирусами. Среду и сыворотку, кроме того, проверяют на осмолярность, пирогенность и ростовые свойства. Желательно, чтобы ростовая среда перед стерилизацией и хранением не включала сыворотку и глютамины. Ростовую среду хранят на холоде до завершения контроля. Хорошим контролем стерильности ростовой среды является хранение при комнатной температуре без антибиотиков параллельно с проверкой на ростовые свойства и присутствие микоплазм. Ростовую среду на загрязненность микоплазмами обычно проверяют путем 4-х кратного пассирования контрольных клеток в новой среде, а затем клетки исследуют на наличие микоплазм.
Одной из наиболее ответственных стадий в приготовлении сред является стерилизация. Термостабильные среды стерилизуют автоклавированием. Этот метод дешев и при соблюдении условий очень эффективен. В результате автоклавирования среда может несколько измениться, но эти изменения не всегда вызывают нежелательный эффект. При стерилизации сред паром под давлением, возможно, происходит частичное разрушение органических компонентов. Однако, это может компенсироваться за счет образования комплексов, полезных для роста клеток. Термолабильные компоненты среды (сыворотка, бикарбонат натрия, глютамин и др.) стерилизуют фильтрованием и добавляют перед использованием среды. Несмотря на положительный опыт применения автоклавированных сред, многие исследователи для стерилизации предпочитают пользоваться фильтрованием через стерилизующие мембранные фильтры.
Из-за ограничений при хранении жидких сред все большее внимание привлекают среды, изготовляемые в виде сухих порошков. В настоящее время сухие среды готовят смешиванием компонентов с помощью шаровых мельниц. После растворения сухие порошковые среды поддерживают рост клеточных культур не хуже, чем среды, приготовленные традиционным способом.
Дезагрегация тканей и приготовление однослойных первичных культур клеток. Первичные культуры клеток широко применяют при выделе-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
нии и культивировании вирусов, разработке средств, методов диагностики и специфической профилактики вирусных болезней и получении биологически активных веществ, а также в изучении биологии клеток.
Первичные культуры из нормальных тканей безопасны в онкогенном отношении и в ряде случаев обладают более высокой чувствительностью к вирусам по сравнению с клеточными линиями. В настоящее время, несмотря на имеющиеся недостатки (необходимость постоянно иметь источники тканей, особенно для крупномасштабного культивирования, относительная трудность процессов приготовления и возможная контаминация вирусными и другими агентами), их продолжают широко использовать для получения противовирусных препаратов и биологически активных веществ в медицине и ветеринарии.
Приготовление первичных культур клеток включает: получение ткани, выделение клеток, выращивание однослойной культуры.
Выбор источника и отбор ткани. Для получения первичных культур клеток используют различные ткани эмбрионов и животных постнатального периода. Чаще всего это ткани и органы эмбрионов или молодых животных. Эмбриональные ткани имеют ряд преимуществ перед тканями взрослых животных. Риск контаминации культур клеток вирусами и другими агентами сведен к минимуму, они легче подвергаются дезагрегации, а клетки лучше прикрепляются к субстрату и обладают высокой потенцией к размножению и при оптимальных условиях начинают делиться уже в первые сутки, быстро формируют монослой, тогда как многие ткани взрослых животных растут в этих условиях более медленно.
Для приготовления первичных культур в вирусологической практике чаще используют ткани почек и реже – других органов. Кроме того, широкое применение получили первичные культуры клеток куриных эмбрионов.
Извлеченные из организма органы и ткани помещают в стерильные сосуды с охлажденными (4-10°С) солевыми растворами, содержащими антибиотики (200 ЕД/мл пенициллина, 200 мкг/мл стрептомицина, 100 мкг/мл гентамицина, или 100 мкг/мл канамицина), в некоторых случаях добавляют фунгицидные препараты (нистатин, фунгизон).
Перед дезагрегацией ткани механически измельчают. Период времени между взятием ткани и ее дезагрегацией должен быть минимальным. При необходимости измельченную ткань можно хранить в охлажденном солевом рас-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
творе или питательной среде, однако, при этом выход жизнеспособных клеток существенно снижается: через сутки – на 10-21%, через 2-3 суток – на 30-50%.
Дезагрегация тканей. Поскольку в тканях межклеточные взаимодействия в основном обусловлены белками и двухвалентными катионами, для дезагрегации тканей и выделения клеток используют соответственно протеолитические ферменты и хелатные агенты, а также их соединения.
Ферменты для дезагрегации тканей. Для выделения клеток обычно ис-
пользуют трипсин и реже – другие ферменты.
Трипсин (0,1% - 0,3%) – протеолитический фермент поджелудочной железы. Наибольшая активность проявляется при рН 8,0. Порошковый коммерческий препарат трипсина, применяемый для выделения клеток в виде растворов, представляет собой фактически смесь протеаз, нуклеаз, липаз и полисахаридов. Рабочий раствор готовят, растворяя трипсин в сбалансированном солевом растворе при рН 7,2-7,6. Растворы трипсина или других ферментов стерилизуют фильтрованием, используя с этой целью мембранные фильтры (диаметр пор
0,2-0,45 мкм).
При использовании высоких концентраций и длительной экспозиции с тканями трипсин повреждает мембраны и разрушает клетки. Для прекращения действия фермента на диссоциируемую ткань применяют сыворотку крови. Она содержит ингибиторы трипсина, которые быстро его нейтрализуют.
Коллагеназа (0,01% - 0,15%) – специфический фермент, способный разрушать коллаген. В частности, одна из коллагеназ микробного происхождения гидролизует в коллагене связи между пролином и другими аминокислотами и действует, прежде всего, на межклеточный матрикс и меньше – на клеточную мембрану.
Проназа (0,25 - 0,5%) – коммерческий препарат, содержащий группу ферментов Streptomyces griseus. Она по сравнению с любой из протеаз обладает более широкой субстратной специфичностью, действуя быстрее, и лучше разделяет ткани на отдельные клетки, чем трипсин. Выделенные клетки обладают выраженной адгезивной и пролиферативной способностью.
Для дезагрегации тканей иногда применяют различные сочетания ферментов: смесь трипсина и коллагеназы, трипсина и проназы.
Хелатные агенты (версен, цитрат натрия, глицерофосфат и др.) – вещества, связывающие двухвалентные катионы и тем самым разрушающие межклеточные связи, применяют для выделения клеток из тканей. Действие их по
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
сравнению с протеолитическими ферментами менее эффективно. Однако хелатные вещества являются перспективными, так как имеют стандартный состав и активность, не содержат биологических контаминантов. В отличие от протеолитических ферментов эти вещества не инактивируются сывороткой.
Методы дезагрегации тканей. Механическую дезагрегацию тканей применяют редко. Их можно дезагрегировать с помощью режущих инструментов гомогенизатора, вибрационной установки или продавливанием через механическую сетку. Измельчение ткани при помощи острых инструментов обычно предшествует обработке ферментами и хелатными веществами. Ферменты проникают в неповрежденную ткань по мере переваривания межклеточного вещества. Даже такие низкомолекулярные вещества, как версен и натрия цитрат, проникают в ткань сравнительно медленно. Для увеличения поверхности контакта диспергирующего раствора с субстратом пользуются методом механического измельчения ткани. Перемешивание измельченной ткани в процессе дезагрегации также значительно ускоряет выделение клеток.
Несмотря на применение различных способов и ферментов для диссоциации тканей, трипсинизация остается общепринятым методом, хотя и имеет ряд отрицательных свойств (слабое и недостаточно полное переваривание ткани, частое образование слизистого осадка).
Метод тепловой трипсинизации. К измельченной и промытой ткани добавляют 0,25%-ный раствор трипсина (рН 7,2-7,6) в соотношении 1:3 - 1:10 и перемешивают на магнитной мешалке. Температура используемого раствора трипсина может варьировать от комнатной до 37°С. Скорость перемешивания ткани подбирают как, чтобы не было вспенивания и разбрызгивания жидкости. Каждые 10-30 мин раствор трипсина с клетками сливают, а к оставшейся ткани добавляют свежую порцию трипсина. Циклы трипсинизации повторяют несколько раз до полного истощения ткани (дробный метод).
Первый слив раствора трипсина обычно не используют, так как в нем содержится большое количество поврежденных клеток и эритроциты. Полученную суспензию клеток (второго и последующих сборов) центрифугируют 10 мин, предварительно добавив 2-4% сыворотки для нейтрализации трипсина. Надосадочную жидкость удаляют, а к осадку клеток добавляют ростовую среду, ресуспендируют и фильтруют через 2-4 слоя марли. После фильтрации определяют концентрацию клеток, разбавляют суспензию до необходимой кон-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
центрации ростовой среды и рассевают в культуральные сосуды).
Метод холодовой трипсинизации заключается в том, что после первой экстракции клеток к ткани добавляют свежую порцию раствора трипсина, охлажденного до 4°С, и перемешивают на магнитной мешалке в течение ночи при температуре 4-8°С. В результате такой обработки происходит практически полная дезагрегация ткани.
Выращивание однослойных первичных культур. Культуры клеток вы-
ращивают обычно в специальной культуральной стеклянной или пластиковой посуде, предназначенной для роста клеток в монослое. После эксплантации клеток на стекле наблюдается период покоя, в течение которого клетки прикрепляются к субстрату, распластываются на его поверхности, адаптируются к условиям существования и готовятся к делению. Затем начинается фаза размножения клеток (фаза логарифмического роста). Размножаясь, клетки размещаются в один слой на поверхности субстрата и при полном покрытии его контактируют между собой и прекращают деление (стационарная фаза). Клетки монослоя могут сохранить жизнеспособность до 20 дней и более (в зависимости от вида клеток и состава питательной среды). Затем наступает старение и гибель клеток. Скорость размножения клеток в культуре зависит от вида исходной ткани, во з- раста животного, качества и рН среды, количества клеток, температуры культивирования, а также от степени повреждения в момент выделения из ткани.
Однослойные культуры можно получить только при посеве определенного количества клеток на единицу поверхности сосуда. Недостаточное и чрезмерное количество клеток тормозит рост культуры. Для культур клеток из разных тканей оптимальная посевная концентрация клеток находится в пределах 2-5 105/мл.
Основные системы промышленного культивирования клеток животных
Системы массового культивирования клеток животных раньше технологически применялись лишь в производстве вакцин (в первую очередь противоящурных) и интерферона. Существенные изменения технологии массового культивирования клеток теперь обусловлены широким внедрением постоянных линий клеток (в том числе с клонированным ДНК) в биоте хнологических процессах. Тип клеток-продуцентов и требования, предъявляемые к конечному продукту, являются главными факторами и при выборе промышленной технологии.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
С инженерной точки зрения культуры, в которых клетки окружены жидкой средой, считают глубинными. Принципы техники глубинного культивирования обычно применимы к типам клеток животных, которые растут на поверхности твердого субстрата и в суспензии.
Различают статические и динамические системы глубинного культиви-
рования. Первые характеризуются отсутствием перемещения культуральных сосудов и их содержимого в процессе культивирования (пробирки, флаконы, матрасы, многоярусные поддоны, статические суспензии). Под вторым подразумевают движение культуральных сосудов (вращающиеся пробирки, бутыли, "колонны" со стеклянными трубками, многопластинчатые культиваторы) или питательной среды в процессе выращивания (многопластинчатые культиваторы, культиваторы с различными наполнителями: бусы, мембраны, диски, микроносители и перемешиваемые суспензии). Системы статического глубинного культивирования применяют при небольших объемах культуральных сосудов.
При промышленном культивировании клеток животных различают многоэлементные процессы и процессы в единичном оборудовании. Первое название относится к системам, увеличение производительности которых достигается путем простого увеличения числа культуральных сосудов.
Расширение масштабов производства за счет культивирования в единичном оборудовании достигается увеличением размеров культуральных сосудов (культиваторов) без заметного прироста их количества. При этом геометрическое подобие культуральных сосудов, как правило, изменяется.
Увеличение масштаба производства путем увеличения количества однотипных культуральных сосудов является практическим методом многократного повторения, тогда как масштабирование, сопровождающееся изменение размеров установки, считается технологическим методом. Наилучшей системой для масштабирования и оптимизации условий культивирования является суспензионная культура.
Клетки, рост которых зависит от прикрепления к поверхности плотного субстрата, можно выращивать в трех типах систем единичного оборудования:
1. Система статических плоскостенных сосудов, эволюционирующая в установки, содержащие множество пластин, расположенных параллельно (рис. 14.9). Эти пластины могут быть статичными или подвижными.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
8 |
9 |
|
|
10 |
7 |
|
|
8 |
|
|
6 |
|
|
11 |
|
|
|
|
19 |
|
5 |
16 |
17 |
12 |
|
|
3 |
||
|
4 |
18 |
||
|
4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
13 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
15 |
|
|
|
|
|
|
Рис. 14.9. Схема многопластинчатого культиватора:
1-основание; 2-дно; 3-желобки ;4-стягивающий стержень; 5-опорная гайка; 6-гайка опорной стойки; 7-крышка; 8-гайка; 9-отверстие для отвода газовой смеси; 10-отверстие для подачи газовой смеси; 11-кольцевая прокладка; 12-цилиндрический сосуд; 13-стеклянные пластины; 14-амортизатор; 15-воздушный насос; 16-трубка для подачи образцов; 17-трубка для подачи воздуха; 18-культуральная среда; 19-крышка опорной стойки.
2.Система вращающихся емкостей, преобразовавшаяся в ряд культиваторов, содержащих массу трубок и функционирующих аналогично исходной системе единичного оборудования.
3.Основана на выращивании клеток в культиваторах на пластиковых пленках. Кроме того, известны еще две дополнительные системы. Одна из них предполагает выращивание клеток на внешней или внутренней поверхности синтетических микрокапилляров – полых волокон (наружный диаметр 300 мкм), уложенных в виде параллельно ориентированных слоев. Другая представляет собой культиватор, заполненный насадочными элементами (стеклянные бусы, кольца, губки, и т.п.), размер и форма которых широко варьирует
(рис. 14.10).
Различают замкнутые (циклические) и открытые системы культивирования. В замкнутых системах концентрация питательных веществ по мере культивирования снижается и накапливаются продукты метаболизма. Открытые характеризуются непрерывным или периодическим обновлением среды.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
3 |
4 |
2 |
|
1 |
|
6 |
5 |
Рис. 14.10. Схема реактора насадочного типа (в качестве элементов насадки использованы стеклянные шарики):
1 –винтовой насос; 2 – направляющий цилиндр; 3 – сетка; 4 – пространство между стенками цилиндра и сосуда; 5 – приводное устройство от мотора; 6 – щелевидные отверстия.
Культивирование клеток на плотных поверхностях. Для роста боль-
шинства культур клеток необходима твердая поверхность, где клетки прикрепляются и размножаются. Такие клетки принято называть поверхностноили субстрат-зависимыми. К ним относят первичные культуры клеток, линии диплоидных клеток и большинство постоянных клеточных линий.
Для поддержания роста клеток в качестве плотного субстрата используют различные вещества, в том числе стекло, сталь, титан, различные пластики (полистирол, меланекс, поликарбонаты), углеводные полимеры (целофан, сефадекс) и др. Многие из них перед применением покрывают сывороткой, белком или полимерами.
Рост поверхностно–зависимых клеток в любых культуральных системах происходит только после их прикрепления к твердому субстрату. Процесс прикрепления многоступенчатый и включает: адсорбцию факторов прикрепления на культуральной поверхности, контакт с ней клеток, прикрепление и распластывание клеток на культуральной поверхности. Прикрепление клеток связано с двухвалентными катионами и гликопротеинами, адсорбированными на культуральной поверхности, которая должна быть гидрофильной. Если белок и двухвалентные катионы отсутствуют, клетки прикрепляются к культуральной
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
поверхности непрочно, только за счет неспецифической адсорбции.
Наиболее оптимальным методом культивирования клеток на твердых поверхностях, является культивирование с использованием микроносителей. Этот метод был предложен в 1961 г Ван-Везелем. Гранулы микроносителя изготавливают из природного полимера глюкозы – декстрана или какого-либо синтетического полимера. Диаметр их от 50 мкм до нескольких сотен микрометров.
Микроносители суспендируют в питательной среде. Затем добавляют клетки, которые прикрепляются к микроносителю, размножаются и покрывают всю поверхность гранул. Поскольку клетки растут на поверхности гранул, взвешенных в толще жидкой питательной среды, система на микроносителях, по сути, представляет собой суспензионную культуру. Этот метод наиболее полно отвечает требованиям крупномасштабного культивирования поверхно- стно–зависимых клеток, обеспечивает равномерные условия культивирования, контроль основных параметров среды, визуальное наблюдение за ростом клеток и высокую производительность.
Основные требования, предъявляемые к микроносителям следующие: поверхность их должна нести умеренно положительный заряд; в разных партиях микроносителя не должно быть колебаний в плотности заряда. Плотность вещества, из которого изготовлены микрогранулы, должна быть в пределах 1,02– 1,04 г/см3. В этом случае они легко п оддерживаются в суспензии при небольшой скорости перемешивания.
Для того, чтобы снять выросшие клетки с микрогранул с целью дальнейшего пассирования или использования, применяют протеолитические ферменты (трипсин, проназу, коллагеназу), механические способы или сочетают оба метода. Клетки, выросшие на микроносителях, хорошо сохраняются на микрогранулах в замороженном состоянии при температуре жидкого азота. После оттаивания они остаются прикрепленными, что облегчает адаптацию к нормальным условиям при размножении.
Культивирование клеток в суспензии. В суспензионной культуре спо-
собны размножаться только постоянные клеточные линии и то, как правило, после адаптации к условиям культивирования. Большинство из них относится к «ненормальному» типу клеток.
Суспензионные культуры готовят из однослойных в фазе логарифмического роста. Клетки осторожно отделяют от стекла с помощью диспергирующих растворов или реже – механическим способом. С целью предотвращения
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
агрегации клеток и прикрепления их к стеклу на верхней границе жидкости, приводящей в конечном счете к гибели культуры, в среду добавляют кристаллический трипсин в концентрации 10-50 мкг/л.
После адаптации клеточной линии к росту в суспензии и соблюдении стандартных условий выращивания клетки размножаются практически с постоянной скоростью.
Культуры клеток – продуценты интерферона. Способностью к био-
синтезу интерферона обладают клетки всех позвоночных животных. Различают три класса интерферонов: лейкоцитарный или α-интерферон, получаемый в культуре лейкоцитов, которые для этой цели выделяют из крови доноров; фибробластный или β-интерферон, для получения которого используют культуру куриных фибробластов; иммунный или γ-интерферон, биосинтез которого осуществляется в сенсибилизированных Т-лимфоцитах при повторном контакте с митогенами, бактериальными и вирусными антигенами, антисыворотками против поверхностных детерминант лимфоцитов. Все эти классы отличаются один от другого в антигенном отношении, а каждый подразделяется на множество видов (известно 18 видов интерферона). Интерфероны обладают антивирусным, иммуномодулирующим, и антипролиферативным действием. Установлено, что γ-интерферон обладает значительно более выраженным иммуномодулирующим и антипролиферативным действием, чем α и β –интерферон.
В настоящее время интерфероны успешно получают с применением ген- но–инженерных штаммов E. coli и дрожжей. Методы генной инженерии дают возможность производить интерферон в бактериальных клетках.
Лейкоцитарный интерферон. До недавнего времени источником интерферона служили главным образом лейкоциты человека (клетки так называемого светлого слоя), выделенные из донорской крови. Процесс получения интерферона из лейкоцитов выглядит следующим образом: Основным субстратом являются белые клетки – лейкоциты периферической крови. Оптимальные условия для продукции интерферона следующие: большая концентрация лейкоцитов во взвеси; множественность инфекции; температура инкубации 37°С; длительность цикла продукции интерферона – 22 часа; концентрация сыворотки человека в среде 5%; рН среды 7,4-7,5.
Для приготовления лейкоцитарной взвеси используют следующий метод. Донорскую кровь получают в консервирующем растворе и сохраняют при 4 °С
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
в течение 18-24 ч. За этот период эритроциты оседают на дне сосуда, над ним в виде пленки, располагаются лейкоциты, а верхний слой состоит из плазмы. Лейкоцитарную пленку извлекают и помещают в отдельный сосуд, куда попадает также некоторое количество эритроцитов и плазмы.
Лейкоцитарную массу обрабатывают 9–10 объемами 0,83% раствора аммония в течение 10 мин. при 4 °С и центифугируют при 1200 об/мин. Целью этих процедур является удаление эритроцитов, которые, с одной стороны адсорбируют вирус-индуктор и снижают его количество, связавшееся с лейкоцитами, с другой, разрушаясь под действием вируса, увеличивают содержание в препаратах интерферона белков.
Среда, используемая для поддержания клеток во время продукции интерферона, является средой Игла без фосфатов, содержащей 3 мг/мл трицина, антибиотики и 4% человеческой сыворотки. Постоянное присутствие сыворотки или белковых компонентов в среде необходимо для достижения высокой продукции интерферона. Оптимальные результаты получают при применении человеческой сыворотки, гаммаглобулины которой обрабатывают сульфатом аммония и диализом удаляют соли.
Прайминг осуществляют в течение 1–2 часов с использованием 100 ед/мл интерферона. Наилучшие условия для продукции интерферона лейкоцитами создаются при рН 7,3–7,5 и температуре инкубации 36,5–37 °С. Лейкоциты индуцируют аллантоисными вирусами болезни Ньюкасла или Сендай. После инкубации в течение 20 ч при 37 °С, во время которой принципиальное значение имеет поддержание жизнеспособности культур и высокого метаболизма клеток при постоянстве рН, клетки отделяют центрифугированием (2000 об/мин) в течение 40 мин. Как отмечалось выше, лейкоциты вырабатывают интерферон в ответ на воздействие различными агентами, для лейкоцитов человека наиболее мощными индикаторами являются вирусы болезни Ньюкасла и Сендай. Вирусы гриппа и кори также стимулируют активную выработку интерферона, абровирусы малоэффективны.
Таким образом, получение лейкоцитарного интерферона состоит из следующих стадий:
1.Выделение лейкоцитов из донорской крови.
2.Прайминг (предварительная обработка лейкоцитов – стимуляция интерферонообразования).
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
3.Индукция лейкоцитов вирусом.
4.Биосинтез (выработка интерферона лейкоцитами).
5.Отделение обработанных лейкоцитов.
Выход интерферона (по активности) от 1·10 4 до 1·10 5 ед/мл. Следует отметить, что в производстве интерферона используют кровь, отвечающую требованиям, предъявляемым к отобранным для гемотрансфузии донорам. К методам получения лейкоцитов относятся осаждение эритроцитов под действием декстрана или поливинилового спирта и гемолиза. В производственных условиях лейкоциты для обработки поступают на следующие сутки после взятия крови от донора. Поэтому особое внимание уделяют стимуляции интерферонообразования путем предварительной обработки лейкоцитов – праймингу. Для этого наряду с интерфероном, используют малые дозы инсулина. Необходимо отметить сезонные колебания продукции интерферона лейкоцитами.
14.2.3. Культивирование клеток и тканей растений
Как известно, в природных условиях клетки животных и растений находятся в тканях и органах и защищены от механического воздействия внешней среды. Кроме того, эти клетки нуждаются во множестве компонентов минеральной и органической природы для метаболизма и роста, поэтому эксперименты культивирования этих клеток in vitro в прошлом кончались неудачно. Сначала к минеральным средам добавляли экстракты растений или сыворотку, и лишь в 1922 г. Ро ббинсу удалось на синтетической среде осуществить рост меристемы кончиков корней томатов и кукурузы.
В настоящее время растительные клетки культивируют, как правило, в виде каллуса. Каллусные клетки получают из фрагментов тканей разных органов высших растений, помещая кусочки такой ткани в питательную среду (в пробирках, колбах, чашках Петри). В природных условиях каллусная ткань возникает в травмированных местах для анатомической регенерации пострадавшего органа. От инфекции каллусную ткань в природных условиях защищают иммунные механизмы организма. В искусственных условиях необходимо строго соблюдать стерильность всеми доступными средствами. Обычно эксплантат обрабатывают дезинфицирующими растворами, а затем отмывают стерильной водой. Среду, посуду и аппаратуру стерилизуют традиционными средствами (автоклавирование, ультрафильтрация, облучение). Чтобы обеспечить развитие каллусных клеток в средах, содержащих необходимые для роста ве-
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
щества, клетки тканей запасающей паренхимы, корня и стебля, мезофилла листа и других тканей должны утратить способность дифференцировки. Недифференцированному развитию клеток способствует прединкубация эксплантатов на среде без гормонов в течение 3–6 сут. Через 4–6 недель культивирования трансплантата возникает первичный каллус, который необходимо перенести на свежую питательную среду. При культивировании на агаризованной среде кусочек каллуса, переносимый на свежую среду, должен иметь массу около 60– 100 мг. Такие кусочки ткани переносят на 30–40 мл свежей среды. Каллусная ткань, выросшая на поверхности твердой питательной среды, имеет аморфную структуру, представляющую собой массу тонкостенных паренхимных клеток. При длительной пересадке каллусные ткани, имеющие первоначальную белую, желтоватую, зеленую или красную пигментацию, могут терять окраску, а структура ткани становится более рыхлой. Химический состав каллусной ткани обычно отличается от состава соответствующего органа растений. Каллусные клетки после ряда делений переходят на обычный для данного растения цикл развития, т.е. начинается их дифференцировка. Этот процесс регулируют гормоны.
Клетки растений можно культивировать и глубинным методом в жидкой среде. Для этого необходимо получить линии клеток, образующих небольшие агрегаты (по 5–10 клеток). Для глубинного культивирования более пригодны рыхлые каллусные ткани. Перед пересевом первичную культуру фильтруют через два слоя марли или через сита (нейлоновые, металлические), чтобы отделить крупные агрегаты каллусной ткани и остатки трансплантата. На образование клеточных агрегатов оказывает также влияние интенсивность перемешивания среды, т.е. степень турбулизации.
Необходимо отметить, что растительные клетки растут и размножаются значительно медленнее, чем клетки микроорганизмов. Время их удвоения 1–3 сут. Процесс культивирования растительных клеток занимает 2–3 нед, что п о- вышает требования к обеспечению асептических условий. .В настоящее время методом культивирования растительных клеток получают вещества вторичного метаболизма. Практический интерес представляют алкалоиды, гликозиды, полисахариды терпеноиды, полифенолы, эфирные масла, пигменты, ингибиторы пептидной природы и др.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
14.2.4. Инженерная энзимология (ферментная технология)
Ферменты давно являются объектами биотехнологии – их индустрия зародилась в начале ХХ в., и объемы ферментного производства продолжают увеличиваться. Ферменты присущи любой живой клетке и, в небольшом ассортименте – организованным частицам (вирусам). Наука, изучающая ферменты, называется энзимологией, а инженерная энзимология – это ветвь биологической технологии, изучающая биотехнологические процессы, в которых используется каталитическое действие ферментов.
Основная задача инженерной энзимологии – разработка биотехнологических процессов с использованием биокатализаторов. Сюда входит конструирование ферментов с определенными свойствами (специфичностью, термомтабильностью, кислотостабильностью и т.д.), моделирование ферментных реакторов. Основным направлением инженерной энзимологии является применение иммобилизованных ферментов. С использованием методов инженерной энзимологии проводится синтез и модификация органических соединений (аминокислот, нуклеозидов, антибиотиков, стероидов и др.), химический и биохимический анализ (биосенсоры, ферментный и иммуноферментный анализ), получение фермент-содержащих лекарственных препаратов.
14.3. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ПРОДУКТОВ БИОТЕХНОЛОГИИ
В культуральной жидкости после окончания процесса ферментации содержатся микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности, остатки питательной среды, пеногаситель и другие растворенные и нерастворенные вещества.
Целевым продуктом биосинтеза могут быть либо непосредственно сами микроорганизмы, либо их метаболиты, растворенные в культуральной жидкости или находящиеся внутри клеток микроорганизмов. Почти во всех случаях для получения целевого продукта необходимо отделить взвешенную фазу – массу микроорганизмов от культуральной жидкости. Содержание микроорганизмов в культуральной жидкости, как правило, очень низкое. Количество биомассы в культуральной жидкости обычно не превышает при аэробном процессе 20–30 г/л, а при анаэробном – 1–5 г/л.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Отделение такого количества взвешенной фазы – трудная технологическая задача, которую приходится решать путем постепенного концентрирования биомассы различными способами (фильтрация, флотирование, сепарирование, упаривание). В производственных условиях приходится затрачивать значительное количество энергии на обработку больших объемов труднофильтруемых суспензий.
Продукты микробного синтеза выпускают в трех основных формах:
–Концентраты – обезвоженная культуральная жидкость, содержащая биомассу (кормовые концентраты аминокислот, витаминов, антибиотиков, неочищенные ферментные препараты);
–Обезвоженная микробная биомасса (хлебопекарные дрожжи, бактериальные удобрения и др.)
–Технические или очищенные препараты ферментов, антибиотиков, аминокислот и т.д.
В том случае, если БАВ накапливаются внутри клеток, предварительно проводят их разрушение.
Способы отделения клеточной биомассы микроорганизмов от куль-
туральной жидкости можно разделить на: механические (отстаивание, фильтрование, центрифугирование) и теплотехнические (сушка). В зависимости от препаративной формы, которую необходимо получить, а также свойств целевого продукта и перерабатываемой культуральной жидкости или твердофазной культуры, используют те или иные методы концентрирования и выделения продуктов микробиологического синтеза.
Независимо от типа биосинтеза (внеклеточное или внутриклеточное расположение целевого продукта) первой стадией подготовки культуральной жидкости для дальнейшей переработки является отделение взвешенной фазы – биомассы. На производстве это связано с переработкой больших объемов труднофильтруемых суспензий, значительными потерями целевого продукта, в определенной степени влияющими на показатели последующих стадий очистки.
Фракционирование часто осуществляют путем сепарирования, имеющего ряд преимуществ перед фильтрацией и другими способами, а именно:
1) нет необходимости в применении фильтрующих добавок; кроме технологических удобств и экономии это позволяет ненужную для дальнейшей обработки фракцию использовать в корм животным;
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
2)сепарация как более надежный, непрерывный процесс дает возможность обработать материал с наименьшими потерями активного вещества;
3)процесс легче поддается автоматизации, агрегаты занимают меньше помещений, легче осуществить мойку оборудования.
Фильтрование является менее энергоемким, но одновременно и менее интенсивным процессом по сравнению с сепарированием. Фильтрованию поддаются далеко не все культуральные жидкости; многие из них имеют свойство быстро закрывать (засорять) поры фильтрующего материала. Иногда специально меняют культуру, чтобы культуральная жидкость поддавалась фракционированию фильтрованием.
Для осаждения биомассы перед фильтрацией иногда добавляют флокулянты различной природы. Широко применяются в качестве флокулянтов водорастворимые полимеры как биологического (природного) происхождения, так и синтетические.
Подавляющее большинство синтетических флокулянтов получено полимеризацией и сополимеризацией виниловых мономеров – соединений, содержащих легко полимеризующуюся двойную связь и разнообразные функциональные группы. Среди синтетических неионогенных промышленных флокулянтов как по практическому применению, так и по объему производства ведущее место занимает полиакриламид (ПАА). Это обусловлено его невысокой стоимостью, низкой токсичностью, достаточно высокой эффективностью во многих флокуляционных процессах и др. Акриламид легко полимеризуется и сополимеризуется с большинством виниловых мономеров, что дает возможность получать флокулянты различной природы с заданными свойствами.
Среди водорастворимых гетероцепных кислородсодержащих полимеров наибольшее практическое значение имеет полиэтиленоксид (ПЭО). Его интенсивное использование началось с 50-х годов, когда удалось синтезировать высокомолекулярные образцы полимера. ПЭО – кристаллический водорастворимый полимер (смешивается с водой в любых соотношениях) общей формулы: Н-(- ОСН2СН2-)n -ОН. В отличие от виниловых карбоцепных полимеров, его получают в широком интервале молекулярных масс – от олигомеров (полиэтиленгликоли) до высокополимеров с молекулярной массой несколько миллионов.
К анионным флокулянтам относятся водорастворимые полимеры, содержание карбоксильные, сульфатные и фосфатные группы. В зависимости от константы диссоциации ионогенных групп различают сильнокислотные
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
(SO24−,PO34−) и слабокислотные (СООН–группы) полианиониты. Типичными
слабыми поликислотами являются полиакриловая (ПАК), полиметакриловая (ПМАК), альгиновая и другие кислоты. Сильные поликислоты – это полиэтиленсульфокислота, полистиролсульфокислота, гепарин и др.
Подавляющее большинство практических задач связано с флокуляцией отрицательно заряженных дисперсий, в том числе и биоколлоидов. В этих случаях используются катионные флокулянты, которые в зависимости от химического состава подразделяют на сильно- и слабоосновные. К слабоосновным флокулянтам относятся полимеры, содержащие в цепи первичные, вторичные и третичные атомы азота, способные протонироваться в водных растворах: поливиниламин, полиэтиленамин, поливинилпиридины и др.
Тенденция предпочтительного использования флокулянтов на основе природных полимеров обусловлена их биодеградируемостью и нетоксичностью, наличием экономических источников сырья и простых методов модификации. Природные флокулянты, в отличие от синтетических, получают методами химической модификации природных полимеров. Наиболее доступными и широко используемыми флокулянтами являются производные целлюлозы.
В качестве оборудования для фильтрования применяют фильтр-прессы различной конструкции, барабанные вакуумные фильтры, ленточные фильтрпрессы и другие конструкции, например ФПАКМ 5,0 (площадь поверхности фильтрации 5 м2 ), ФПАКМ 2,5 (2,5 м2).
Для улучшения показателей фильтрации в фильтрах периодического действия используют вспомогательные фильтрующие материалы (ВФМ), которые на поверхности фильтрации образуют грунтовой фильтрующий слой. При отделении биомассы от культуральной жидкости актиномицетов—продуцентов антибиотиков толщина грунтового слоя составляет 2,5 мм, а расход наполнителя при максимальной скорости фильтрации – 8%. Первые 15–20 с процесс соответствует фильтрации с закупориванием пор намывного слоя, а далее протекает по типу фильтрации с накоплением осадка, что резко повышает ее скорость. Правильный выбор режима фильтрации определяет скорость фильтрации, расход фильтровального порошка, влажность мицелиального осадка и соответственно, потери целевого продукта.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
При производстве ферментных препаратов, особенно из бактериальных культур, для фильтрации культуральной жидкости используют ВФМ типа кизельгур (диатомит, инфузорная земля), бентонит, микрозил, фильтроперлит.
Флотация. Этот способ концентрирования микробных суспензий состоит в том, что полученную на стадии ферментации культуральную жидкость вспенивают, при этом большая часть микроорганизмов концентрируется в пенной фракции. Отделяя пену от основной массы жидкости, получают полупродукт с содержанием биомассы в 2–4 раза выше, чем в исходной культуральной жидкости.
Процесс осуществляют в специальных аппаратах – флотаторах. Они представляют собой цилиндрическую емкость, в которой установлен стакан меньшего диаметра. Кольцевое пространство между стенками корпуса и стакана разделено вертикальными перегородками на несколько секций; перегородка между первой и последней секциями сплошная (доходит до дна), а остальные до дна не доходят. В нижней части секций, установлены барботеры, а в верхней части центрального стакана – механический дисковый пеногаситель. Микробная суспензия подается в первую, самую большую секцию флотатора и последовательно проходит через все секции, перетекая под вертикальными перегородками. Через барботеры подается воздух, и происходят интенсивное пенообразование и флотация микроорганизмов. Образующаяся пена переливается через верхний край внутреннего цилиндра и попадает в зону действия устройства механического пеногашения (в необходимых случаях на его диск дополнительно подают воду или химический пеногаситель). Собранная во внутреннем стакане сгущенная суспензия отводится через штуцер и поступает на сепараторы для дальнейшего концентрирования.
Методы разрушения клеток. Разрушение клеток (дезинтеграцию) проводят физическим, химическим и химико-ферментативным методами.
Наибольшее индустриальное значение имеет физическое разрушение: 1) ультразвуком; 2) с помощью вращающихся лопастей или вибраторов – метод, обычно используемый в пилотных и промышленных установках; 3) встряхиванием со стеклянными бусами; 4) продавливанием через узкое отверстие под высоким давлением; 5) раздавливанием замороженной клеточной массы; 6) растиранием в ступке; 7) осмотическим шоком; 8) замораживанием – оттаиванием; 9) сжатием клеточной суспензии с последующим резким снижением давления (декомпрессия).
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Физические способы разрушения более экономичны, чем химические и химико-ферментативные. Они осуществляются без применения дорогостоящих и дефицитных реактивов и ферментных препаратов. В то же время этим способам дезинтеграции клеток присуща определенная неизбирательность: обработка может отрицательно влиять на качество получаемого продукта. При такой регулировке условий дезинтеграции некоторые из физических методов позволяют целенаправленно выделить какую-либо одну фракцию внутриклеточного содержимого.
За дезинтергацией клеток следует этап отделения клеточных стенок. Используют те же методы, что и при сепарации клеток: центрифугирование или фильтрация. Однако, сообразуясь с размерами субклеточных частиц, применяют более высокоскоростные центрифуги и фильтры с меньшим диаметром пор (часто мембранные), чем при сепарации клеток. В большинстве биотехнологических процессов клеточные стенки отбрасывают как балласт, но возможно и промышленное получение компонентов клеточных стенок как целевого продукта. В крупномасштабном производстве для разрушения клеток используют гомогенизаторы высокого давления, которые проводят одно и двухступенчатую гомогенизацию и асептическую обработку полупродукта. Включают гомогенизатор – трехпоршневой насос высокого давления со встроенным устройством для гомогенизации. Принцип работы гомогенизатора: концентрированная клеточная суспензия перекачивается под высоким давлением через узкое сопло. Резкое падение давления, сопровождаемое сильным ускорением жидкой массы, вызывает разрушение клеток. Короткое время пути в зоне кавитации гарантирует разрушение только стенок клетки.
Разрушение клеток также проводят в стеклянных или фарфоровых шаровых мельницах.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Выделение продуктов из культуральной жидкости (КЖ). Выделению целевого продукта из КЖ предшествует отделение продуцента. Далее, в зависимости от характеристики фильтрата и свойств продукта выбирают методы выделения, концентрирования и очистки получаемого вещества. Затраты на эти операции могут превышать затраты на приготовление сред и ферментацию. Так, в производстве ферментов стоимость выделения и очистки составляет до 70% общих затрат, в производстве этанола не превышает 15–20%, в производстве органических кислот – 30–40%.
Наиболее широко применяемые в биотехнологии методы выделения и очистки продуктов перечислены в таблице 14.1.
Таблица 14.1 Методы очистки и выделения, используемые в биотехнологии
Сущность метода |
Применение |
|
|
Дистилляция: превращение продукта в парообраз- |
Растворители (этанол, ацетон, |
ное состояние и вывод из системы с последующей |
бутанол) |
конденденсацией продукта |
|
|
|
Обезвоживание: выпаривание, выпаривание с по- |
Концентраты (кормовой концен- |
следующей сушкой, сушка |
трат лизина, кормовые антибио- |
|
тики и др.) |
Лиофилизация: замораживание раствора или сус- |
Закваски, вакцины, гормоны и |
пензии клеток и дальнейшая сублимация в вакууме |
др. |
Вымораживание: перевод воды в кристаллическое |
Ферменты |
состояние – лед, который затем отделяют механиче- |
|
ским путем (фильтрация, центрифугирование) |
|
Осаждение в виде нерастворимых солей путем до- |
Лимонная, молочная кислоты |
бавления химического осадителя в эквимолярных |
|
количествах |
|
Осаждение: изменение растворимости вещества |
Ферменты, белки |
(например, белка) путем добавления электролитов, |
|
органических растворителей, специфических фло- |
|
кулянтов и др. |
|
Кристаллизация: после предварительной обработки |
Итаконовая, глутаминовая и дру- |
КЖ и выпаривания при охлаждении осуществляют |
гие кислоты |
кристаллизацию |
|
Сорбция: ионообменная хроматография, аффинная |
Аминокислоты, ферменты, анти- |
хроматография и др. |
биотики и др. |
Жидкостная экстракция: добавление к раствору |
Антибиотики, витамины и др. |
другого экстрагента (растворителя), который по- |
|
глощает продукт с последующим разделением |
|
эмульсии и выделением целевого вещества |
|
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Микрофильтрация и ультрафильтрация: фильтра- |
Выделение микробных клеток. |
ция раствора на мембранных фильтрах с опреде- |
Ферменты, белки |
ленными размерами пор (т. е. фракционирование |
|
веществ по размерам их молекул) |
|
Обратный осмос |
Концентрация растворов низко- |
|
молекулярных веществ |
Диализ и электродиализ |
Ферменты, белки |
Представленные методы выделения и очистки позволяют получать очищенные биотехнологические препараты высокого качества.
14.4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ
Сегодня биотехнология стремительно выдвинулась на передний край на- учно-технического прогресса. Этому, с одной стороны, способствует бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, опирающихся на достижения химии и биофизики, а с другой стороны – острая необходимость в новых технологиях, способных улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды, а главное – решить вопросы с нехваткой продовольствия, энергии и минеральных ресурсов.
По оценкам специалистов мировой рынок биотехнологической продукции составляет более 200 млрд. долларов. По объему выпускаемой продукции и числу зарегистрированных патентов Япония занимает первое место среди стран, преуспевающих в области биотехнологии, и второе – по производству фармацевтической продукции на основе биотехнологии. Второе место после Японии по объему продуктов биотехнологии и первое место по производству фармацевтической продукции принадлежит США. Определенные успехи в области биотехнологии имеются и в других странах мира.
Вкачестве первоочередной задачи перед биотехнологией стоит создание
иосвоение производства лекарственных препаратов: интерферонов, интерлейкинов, инсулинов высокой степени чистоты, гормонов, антибиотиков, вакцин, иммобилизованных ферментов, моноклональных антител и других средств, позволяющих осуществлять раннюю диагностику и лечение сердечнососудистых, злокачественных, метаболических, инфекционных, вирусных и наследственных заболеваний. Остро необходимы фармацевтические препараты в виде терапевтических лекарственных систем и биопродуктов, содержащих пептиды и пробелки, которые невозможно получить синтетически.
ПРОМЫШЛЕННАЯБИОТЕХНОЛОГИЯ
Биологические технологии позволили совершить прорыв в сферу иммунной диагностики. Отдельные диагностикумы позволяют прогнозировать развитие патологий задолго до субъективных проявлений. Моноклональные антитела, полученные путем генной инженерии, позволяют диагностировать беременность, предрасположенность к диабету, опухолям, ревматоидному артриту, идентифицировать наследственные заболевания, сопровождающиеся отсутствием определенных ферментов или других белковых компонентов.
В последние годы большие успехи достигнуты в синтезе пептидных гормонов, которые ранее получали из органов и тканей животных и человека (крови доноров, удаленных при операциях органов, трупного материала и т.д.). Для получения незначительных количеств требовалось переработать много сырья, что отражалось на высокой стоимости препарата. Например, человеческий гормон роста – соматотропин – получали из гипофиза человека. Гипофиз содержит не более 4 мг гормона, а для лечения одного ребенка, страдающего карликовостью, требовалось около 7 мг соматотропина в неделю, а курс лечения продолжается годами. Сейчас применяют гормон, полученный биотехнологическими методами, который обладает большим специфическим эффектом при более низкой стоимости лечения.
Большое экономическое и социальное значение имеют биотехнологические разработки современных вакцин, которые предусматривают создание рекомбинантных вакцин, вакцин-антигенов (для профилактики гриппа, герпеса, гепатитов и др.), поливалентной вакцины на основе объединения участков ДНК различных патогенов. Поэтому становится понятным возрастающее значение биотехнологии для медицины и фармацевтической промышленности.
Отмечая несомненные успехи биотехнологии в области фармации и медицины, нельзя не упомянуть об успехах в пищевой промышленности, где ее интересы тесно переплетены с медициной и связаны с поиском низкокалорийных, не опасных для больных заменителей сахара, применением эффективных корригентов, использованием «микробной пищи» и др.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ГЛАВА 15. ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
15.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭМУЛЬСИЙ
Внастоящее время фармацевтическим эмульсиям уделяется более пристальное внимание, поскольку они нашли широкое применение в медицинской практике. Кроме перорального применения, эмульсионные системы интенсивно используются для местного применения в форме мазей, линиментов, кремов, пенообразующих аэрозолей, а также парентерального введения для полноценного питания больных. Это стало возможным в связи с качественно новым уровнем научных исследований и достижений в области создания эмульсионных систем, а также расширением ассортимента вспомогательных веществ и применением нового современного оборудования.
Эмульсии представляют собой гетерогенные дисперсные системы, состоящие из мелких капель одной жидкости (дисперсной фазы) равномерно распределенных в другой жидкости (дисперсионной среды). Как правило, одна из жидкостей – вода, а другая – водонерастворимая жидкость, условно называемая маслом. В зависимости от того, какая из названных жидкостей образует дисперсионную среду, существует два типа эмульсий: дисперсия масла в воде или эмульсия первого рода или прямая эмульсия (м/в, 1-го рода) и дисперсия воды в масле или эмульсия второго рода или обратная эмульсия (в/м, 2-го рода). Эмульсии 1-го рода водосмываемые, эмульсии 2-го рода – несмываемые водой. Кроме того, существуют еще и множественные эмульсии, в которых в каплях дисперсной фазы диспергирована жидкость, являющаяся дисперсионной средой. Множественные эмульсии бывают в/м/в и м/в/м. На рис. 15.1 представлены типы эмульсий. Размер частиц дисперсной фазы в эмульсиях колеблется в пределах 10-3-10-5 см.
Взависимости от содержания дисперсной фазы в системе различают разбавленные эмульсии, содержащие до 0,1 % дисперсной фазы; концентрированные эмульсии, содержащие до 74 % дисперсной фазы и высококонцентрированные эмульсии с содержанием дисперсной фазы более 74 %.
Вфармацевтических и косметических эмульсиях масляная фаза чаще всего состоит из растительных масел (касторовое, кукурузное, оливковое, миндальное, хлопковое и др.), или минерального масла (вазелиновое, парфюмер-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ное, различные парафины, вазелины, силиконы), или животных жиров (саломас, жир свиной и т.д.).
– масло |
|
|
– вода |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 3 4
Рис. 15.1. Типы эмульсий:
эмульсия м/в (1); эмульсия в/м (2); множественная эмульсия в/м/в (3); множественная эмульсия м/в/м (4)
По существующим требованиям эмульсионные дисперсные системы должны иметь определенный срок годности (обычно не менее 2 лет), сохранять стабильность (не расслаиваться, не подвергаться микробиологической порче), сохранять показатели качества и потребительские свойства на протяжении всего срока хранения.
Для эмульсий, как в ысокодисперсных гетерогенных систем характерно наличие сильно развитой поверхности раздела фаз и, как следствие, высокого значения свободной поверхности энергии (А), представленной произведением площади соприкосновения фаз (S) на значение поверхностного натяжения (σ). В этих системах, в соответствии со вторым законом термодинамики самопроизвольно протекают процессы, приводящие к уменьшению избыточной поверхностной энергии.
A =S×σ |
(15.1) |
Стабильность эмульсионных систем подразделяется на: физическую,
химическую и микробиологическую.
Проблема физической стабильности является центральной в технологии эмульсий. Физическая неустойчивость их может быть трех видов:
-коалесценция;
-кинетическая неустойчивость;
-обращение (инверсия) фаз.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Коалесценция. Как дисперсным системам с развитой поверхностью раздела фаз, обладающей избытком свободной поверхностной энергии, им свойственна термодинамическая неустойчивость. Она проявляется в виде коалесценции, когда выделяются отдельные фазы эмульсии. При этом можно выделить две стадии. В первой, называемой флокуляцией, капли дисперсной фазы образуют агрегаты, во второй – собственно коалесценции, агрегировавшие капли соединяются в одну большую.
Кинетическая неустойчивость, появляется вследствие осаждения (седиментации) или всплытия (кремаж) частиц дисперсной фазы под влиянием силы тяжести согласно закона Стокса.
Обращение (инверсия) фаз. Это нестабильное состояние эмульсии, когда происходит изменение типа от в/м к м/в или наоборот. На обращение фаз влияют их объемное соотношение, природа, концентрация и ГЛБ эмульгаторов, а также способ приготовления эмульсии.
При условии сохранения постоянного значения поверхностное натяжение σ, диспергированные частицы стремятся к спонтанному уменьшению суммарной поверхности S, т.е. к укреплению посредством образования агрегатов – флокуляция или полному слиянию – коалесценция – так называемая агрегативная неустойчивость (рис. 15.2).
В разбавленных эмульсиях возможность коалесценции слабо выражена из-за малой вероятности и эффективности столкновения частиц размером не более 10-5 см, вследствие чего данные системы практически устойчивы и не требуют дополнительной стабилизации.
Для концентрированных эмульсий с размером частиц более 10-5 см характерна седиментационная (кинетическая) неустойчивость, обусловленная самопроизвольным оседанием частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести.
Согласно закону Стокса, скорость седиментации может быть рассчитана по формуле:
|
g ×d2 |
|
|
−dср |
|
|
|
|
× |
dф |
|
(15.2) |
|||
V = |
|
|
|
|
|
; |
|
|
18×η |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
где V – скорость седиментации, м/с; d – диаметр частиц дисперсной фазы, м;
g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;
dф и dср – плотность дисперсионной среды и дисперсной фазы соответст-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
венно, кг/м3; η – вязкость дисперсионной среды, Н с/м2.
Седиментационная неустойчивость проявляется в осаждении – седиментации или всплывании – кремаж частиц дисперсной фазы (рис. 15.2).
Физических проявлений агрегатной неустойчивости эмульсий можно избежать посредством стабилизации систем с помощью ПАВ различной природы и концентрации. ПАВ, локализуясь на поверхности раздела фаз, уменьшают поверхностное натяжение, тем самым, уменьшая избыточную поверхностную энергию и стабилизируя эмульсионную систему.
2
1 |
4 |
|
|
|
|
3а |
3б |
5 |
Рис. 15.2. Виды неустойчивости эмульсий: |
|
|
1 – стабильная эмульсия; 2 – флокуляция (слипание); 3 – кинетическая неустойчивость (расслоение); 3а – седиментация; 3б – кремаж; 4 – коалесценция (разрушение); 5 – инверсия (обращение) фаз
Теории стабилизации эмульсий посвящено большое количество работ. Однако для технологии фармацевтических и косметических эмульсий наибольший практический интерес представляют труды академика П.А. Ребиндера и его школы. Он выдвинул и разработал представление о двух факторах устойчивости эмульсий: термодинамической устойчивости и структурномеханическом барьере.
Термодинамическая устойчивость. При получении эмульсий, т.е. при диспергировании дисперсной фазы, резко возрастает поверхность раздела фаз и величина свободной межфазной энергии, что увеличивает агрегативную неустойчивость эмульсии. Однако, с другой стороны, с повышением степени дисперсности возрастает энтропия системы. Согласно второго закона термодина-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
мики процессы, при которых энтропия системы возрастает, могут идти самопроизвольно.
Существует некоторое граничное значение межфазного натяжения, обозначаемое символом σm, ниже которого повышение межфазной энергии, происходящее при диспергировании капель, полностью компенсируется повышением энтропии системы. Такие эмульсии термодинамически устойчивы, эмульгирование в них происходит самопроизвольно, без внешних механических сил за счет теплового движения молекул. При комнатной температуре σm приблизительно равна 10-4 Дж/м2. Эти эмульсии относятся к лиофильным.
В соответствии с этим все дисперсные системы были разделены на две группы: лиофильные, для которых межфазное натяжение σ меньше σm и стабилизируемые за счет термодинамической устойчивости, и лиофобные для которых σ значительно больше σm и которые можно стабилизировать за счет структурно-механического барьера.
Структурно-механический барьер. Лиофобные эмульсии агрегативно неустойчивы. Их стабильность следует понимать, как время существования. Неустойчивость систем возрастает с уменьшением размера частиц дисперсной фазы и с увеличением их числа в единице объема. Лиофобные эмульсии для достаточной агрегативной устойчивости требуют дополнительного стабилизирующего фактора. Значительная стабилизация, предотвращающая флокуляцию, коалесценцию и кинетическую неустойчивость, может быть достигнута, если в объеме дисперсионной среды и на границе раздела фаз возникает структурномеханический барьер, характеризующийся высокими значениями структурной вязкости. Практически создать такой барьер можно за счет применения высокомолекулярных веществ, сильно повышающих вязкость дисперсионной среды, например различных производных целлюлозы, натрия альгината, а также посредством введения ПАВ. Стабилизирующее действие ПАВ на примере эмульсий представлено на рис. 15.3.
ПАВ накапливаются на межфазной поверхности и уменьшают поверхностное натяжение до тех пор, пока поверхность не будет полностью покрыта адсорбционным слоем ПАВ. Концентрация ПАВ, после которой не происходит дальнейшего уменьшения поверхностного натяжения, известна как критиче-
ская концентрация мицеллообразования (ККМ). При превышении этого зна-
чения избыток ПАВ образует мицеллы, представляющие собой новую (коллоидную) фазу.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Вода
Вода |
Масло |
|
Масло 
а б
Рис. 15.3. Стабилизирующее действие ПАВ в эмульсиях типа вода в масле (а) и масло в воде (б)
Мицеллы возникают вследствие сцепления вандерваальсовыми силами углеводородных цепей, которые образуют неполярное ядро с гидрофильной оболочкой из полярных групп (рис. 15.4).
Мицеллярные агрегаты с коллоидным размером мицеллы от 40 до 500 ангстрем формируются из большого числа молекул (до 200) и образуют гелеобразную структуру в адсорбционном слое. Высокая структурная вязкость таких образований обеспечивает структурно-механический барьер, препятствующий сближению частиц дисперсной фазы и разрушению эмульсионной системы.
а
бв
Рис. 15.4. Структура систем ПАВ+вода:
а – отдельные молекулы; б – сферические мицеллы; в – цилиндрические мицеллы
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
При использовании одного типа эмульгатора подобные стабилизирующие структуры образуются при высоких концентрациях ПАВ (свыше 30-50 %), что технологически не рационально.
Высокий стабилизирующий эффект отмечается при использовании двух типов ПАВ – гидрофильных м/в и гидрофобных – в/м, что соответственно уменьшает суммарный гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) смеси эмульгаторов и повышает вязкость системы на несколько порядков при достаточно невысоком содержании смеси ПАВ (до 10 %).
Вещества высокомолекулярной природы, обладая определенными поверхностными свойствами (хотя значительно меньшими, в сравнении с низкомолекулярными ПАВ) адсорбируются на межфазных поверхностях, создавая пространственную сетчатую систему с выраженными механическими свойствами. Этот механизм физической стабилизации лежит в основе структурномеханической устойчивости дисперсных систем и известен под названием «коллоидная защита».
Седиментационная неустойчивость эмульсий может быть предупреждена как уменьшением частиц (посредством технологических операций), так и увеличением вязкости дисперсной среды. Решить проблему физической стабилизации эмульсий посредством повышения вязкости дисперсионной среды возможно как с помощью ПАВ (формирование структурно-механического барьера в объеме дисперсионной среды), так и, как отмечалось выше, с помощью загущающих добавок различной природы, механически препятствующих самопроизвольной агрегации или осаждению частиц дисперсной фазы.
Таким образом, природа повышения агрегативной устойчивости эмульсионных систем посредством использования ПАВ может быть определена следующими факторами:
–энергетическим барьером электрической природы, препятствующим слипанию частиц;
–межфазными сольватными слоями, препятствующимислипанию частиц;
–структурно-механическими свойствами ПАВ.
Однако универсального фактора стабилизации не существует и в зависимости от типа системы и природы эмульгатора механизм стабилизации может существенно изменяться. Стабилизирующее действие определяется тремя факторами:
1. Молекулы ПАВ должны действовать как барьер, препятствующий сближению частиц менее чем на 0,06 нм, а тип эмульсии определяется геомет-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
рической структурой молекулы ПАВ.
2. Молекулы ПАВ должны быть жестко закреплены на поверхности раздела фаз и лишь с трудом уходить в ядро фазы (минимальная теплота адсор б- ции должна превышать 17 кДж/моль).
3. Молекулы ПАВ не могут свободно передвигаться по поверхности раздела фаз.
15.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Вещества, способные снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз двух несмешивающихся между собой жидкостей, называются поверх-
ностно-активными веществами (ПАВ). Как правило, они содержат в своей молекуле гидрофильные и гидрофобные группы, способные определенным образом ориентироваться на границе раздела фаз.
Общим свойством всех ПАВ является их способность адсорбироваться на поверхности раздела фаз с образованием моноили полимолекулярного слоя ориентированных молекул (ионов), что приводит к изменению молекулярной природы поверхности и снижению межфазной поверхностной энергии.
Гидрофильная часть молекулы ПАВ обладает электрическим дипольным моментом и наиболее часто представлена такими группами, как карбоксильная
– СОО-, сульфатная – ОSО3-, сульфонатная – SО3-, полиоксиэтиленовой цепью, а также другими группами, содержащими в своем составе чаще всего азот, реже фосфор или серу.
Липофильная (гидрофобная) часть молекулы представляет собой обычно углеводородный радикал, лишенный заметного дипольного момента, что обуславливает сродство молекулы к неполярным или малополярным средам. Он может иметь как ациклическое строение, так и карбоциклическое (преимущественно производные бензола и нафталина).
Гидрофильные (а) и липофильные (б) части молекулы могут быть непосредственно соединены между собой, как например, в олеате калия:
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOK
б
а
или же разделены.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Так, в молекулах оксиэтилированного эфира полипропиленгликоля две гидрофильные группы находятся по краям, а липофильная – посередине:
HO(C2H4O)n-(C3H6O)n-(OC2H4)nOH
а
б
а
В дистеарате сахарозы, наоборот, липофильные группы находятся с обеих сторон молекулы:
|
|
|
|
O |
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
CH2OCH35C17 |
CH |
OH |
H |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
H |
|
|
|
O H |
|
|
|
|
2 |
O |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
б |
|
|
|||||
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OCC17H35 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
OH H |
O |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Поверхностные свойства растворов отличаются от поверхностных свойств чистых жидкостей и сильно зависят от состава поверхностного слоя. При растворении вещества, обладающего меньшим поверхностным натяжением, чем чистый растворитель, самопроизвольно понижается поверхностное натяжение раствора, так как уменьшается свободная энергия системы. Концентрация растворенного вещества в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме раствора увеличивается. Вещества, повышающие поверхностное натяжение раствора, наоборот, содержатся в поверхностном слое в меньшей концентрации, чем в объеме.
Часто вещества, повышающие поверхностное натяжение растворителя сами в чистом виде обладают более высоким поверхностным натяжением, а понижающие – более низким по сравнению с растворителем. Большое поверхностное натяжение означает большую энергетическую ненасыщенность молекул на поверхности. Такие молекулы стремятся покинуть поверхность, так как для снижения свободной поверхностной энергии выгоднее иметь молекулу с малой энергетической ненасыщенностью. Естественно, полному разделению молекул препятствует потеря энтропии образования раствора. В результате действия двух факторов на поверхности раствора возникает изменение состава по сравнению с объемом, т.е. возникает адсорбция. Различают адсорбцию положительную, когда концентрация растворенного вещества в поверхностном слое выше, чем в объеме, и отрицательную – в обратных случаях. Вещества, вызы-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
вающие положительную адсорбцию, т.е. снижающие поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными веществами.
Вещества, повышающие поверхностное натяжение, называются поверх- ностно-инактивными. В гетерогенной системе водный раствор – воздух по- верхностно-инактивными являются все неорганические электролиты: кислоты, щелочи, соли.
Снижение поверхностного натяжения в растворах ПАВ сопровождается возрастанием их концентрации в поверхностном слое раствора и приводит к резкой смене природы поверхностного раздела. Молекулы многих ПАВ имеют асимметрическое строение, поэтому положение таких молекул в поверхностном слое энергетически наиболее выгодно при условии погружения полярных групп в воду, в углеводородных цепях – в воздух или неполярную фазу. При малой концентрации адсорбированных молекул в поверхностном слое тепловое движение нарушает их ориентацию и молекулы, в основном, лежат в поверхностном слое; при увеличении концентрации усиливается взаимодействие углеводородных цепей между собой, что способствует вертикальной ориентации молекул, и при насыщении адсорбционного слоя образуется возможность образовывать молекулярный частокол из вертикально расположенных молекул. При сольватации одновременно полярной и неполярной фазами молекулы ПАВ образуют адсорбционно-сольватный слой, который имеет определенную механическую силу. Это позволяет использовать ПАВ для образования более стойких дисперсных систем при изготовлении различных форм: эмульсий, суспензий, мазей, кремов, паст и т.д.
При выборе эмульгаторов для стабилизации эмульсионных систем необходимо учитывать механизм их стабилизирующего действия, токсичность, величину рН, химическую совместимость с другими компонентами эмульсии и т.д. Эмульгаторы для стабилизации в эмульсионных препаратах используются в количестве от 0,1 до 25 %. По способности стабилизировать эмульсию в/масло или м/в все эмульгаторы можно разделить на эмульгаторы первого рода (м/в) и эмульгаторы второго рода (в/масло). Как правило, все эмульгаторы представлены поверхностно-активными веществами.
Как бы мало масло не было диспергировано в воде, наступает быстроерасслоение. Для получения стойкой эмульсии необходимо добавлять эмульгатор. Последний должен отвечать ряду требований:
Во-первых, молекулы эмульгатора не могут быть неполярными, подобно
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
молекулам алифатических или ароматические углеводородов. Они обязательно должны быть полярными, но с особым строением. Если такие полярные вещества, как кислоты, основания, соли хорошо диссоциируют и растворимы в воде, то по- верхностно-активные вещества представляют собою дифильные молекулы, состоящие из гидрофильной части, склонной к растворению в воде, и олеофильной или липофильной части, растворяющейся в масле. Попадая в среду, состоящую из воды и масла, молекула расположится таким образом, что гидрофильный конец молекулы будет погружаться в воду, а гидрофобный – в масло. На повер х- ности раздела вода-масло выстроится целый частокол таких дифильных молекул, а так как силы притяжения между олеофильной частью эмульгатора и частицами масла, с одной стороны, и гидрофильной частью и водой, с другой стороны, достаточно велики, то образующийся поверхностный слой стабилизирует эмульсию. Если, например, эмульгатор принадлежит к типу м/в, то, при помешивании, каждый шарик масла будет окружен слоем положительно адсорбированного по- верхностно-активного вещества, молекулы которого ориентированы вышеуказанным образом. Для того, чтобы разбить целостный межфазный слой между двумя жидкостями на большее число малых слоев, окружающих капли масла, нужно затратить энергию. Именно для этого нужно перемешивание, растирание, гомогенизация. Правильное перемешивание имеет такое же значение, как и правильный подбор эмульгатора. Если роль последнего сводится к понижению поверхностной энергии, то задача перемешивания заключается в том, чтобы обеспечить вокруг каждой частицы масла достаточный слой защитного эмульгатора.
Во-вторых, ни один из дифильных концов молекулы эмульгатора не должен в такой мере доминировать над другим концом, чтобы окончательно заглушить его влияние. Если, например, гидрофильная часть молекулы полностью заглушает влияние гидрофобной части, то это вещество будет полностью растворяться в воде и не растворяться в масле. Такое вещество не может быть эмульгатором. Между гидрофильной и гидрофобной частями молекулы поверхностноактивного вещества должно быть определенное отношение, называемое гидро- фильно-липофильным балансом (ГЛБ). Рассмотрим в качестве примера два эмульгатора одной и той же химической природы: металлические мыла. Натриевое мыло состоит из гидрофобного углеводородного конца и гидрофильной карбоксигруппы (1). В кальциевом мыле содержатся две углеводородные цепи (2).
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
CH3-(CH2)18-COONa
1
CH3-(CH2)18-COO 
Ca CH3-(CH2)18-COO 
2
В натрий стеарате превалирует гидрофобная часть молекулы, веществорастворимо в воде, нерастворимо в масле и дает эмульсию м/в. В кальциевом мыле две гидрофобные группы, превалирующие над гидрофильным остатком. В результате кальция стеарат в воде не растворяется, растворяется в масле и способствует образованию эмульсии в/м.
Пользуясь этими примерами, можно сформулировать приближенное травило: если в эмульгаторе преобладает гидрофильная группа, его ГЛБ имеет высокое значение, он растворим в воде, то эмульсия им образуемая будет принадлежать к типу м/в. Наоборот, ма слорастворимый эмульгатор, с низким значением ГЛБ, образует эмульсии в/м. При близком влиянии гидрофильной и гидрофобной частей эмульгатор способен давать эмульсии обоих типов.
В-третьих, от эмульгатора требуется стойкость против воздействия бактерий и химических реагентов. Если он в процессе хранения разлагается, эмульсия расслоится. Надо эмульсии сохранять от воздействия бактерий прибавлением консерванта и выбирать для каждой эмульсии эмульгатор, не реагирующий химически в данной среде. Но и при этих обстоятельствах нет уверенности в том, что эмульсия сохранит стабильность в течение длительного времени. На практике выработан такой прием, что, наряду с первичным эмульгатором, применяется вспомогательный эмульгатор, играющий роль стабилизатора. Как правило, эти 2 эмульгатора противоположного типа.
В-четвертых, важно, чтоб эмульгатор, применяемый для медицинских целей, был нетоксичен.
Наконец, очень желательно, чтоб эмульгатор был без запаха, вкуса и не окрашен. Его стоимость, доступность и возможность получения из отечественного сырья тоже играют немаловажную роль
По химической природе ПАВ делятся на два класса: ионогенные и неионогенные в соответствии с их способностью диссоциировать или не диссоциировать в водной среде на ионы. Ионогенные же ПАВ в свою очере дь делятся на
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
катионо- и анионоактивные соединения (в зависимости от того, что является носителем их активности: длинноцепочечный катион или анион) и амфотерные (амфолитные), проявляющие как кислотные, так и основные свойства в зависимости от рН среды.
По способу получения ПАВ могут быть синтетическими, полусинтетическими и природными (растительного и животного происхождения).
К анионоактивным веществам (АПАВ) относятся кислоты, их соли
(мыла), синтетические соединения, в которых алкильный (С10Н8) или арильный радикалы соединены с различными полярными группами: SO3-, Na+ (алкилсульфонаты RSO3Na; алкиларилсульфонаты RC6H5SO3Na) или OSO3-NA+ (алкилсульфаты RSO4Na). Отдельные представители этой группы различаются величиной алкильных радикалов, степенью их разветвленности, положением полярной группы в молекуле. Разнообразие свойств различных анионных ПАВ объясняется пространственным строением гидрофобной части и наличием промежуточных функциональных групп. Катион в анионных ПАВ может быть не только водородом или металлом, но и органическим основанием. Часто для этих целей применяют ди– и триэтаноламины.
При диссоциации анионные ПАВ образуют в воде поверхностноактивный анион и гидратированный катион, например, катион щелочного металла или аммония:
C12H35OSO3Na 
C12H35OSO3_ + Na+
Среди АПАВ многие годы алкилбензолсульфонаты (АБС) являются основным ПАВ, и не теряют своего главенствующего значения несмотря на развитие производства спиртов, алкилсульфонатов и олефинсульфонатов. По их производству в США и Западной Европе созданы крупные мощности, они дешевле. Для разных целей рекомендуют АБС различной молекулярной массы: для жидких моющих средств используют АБС со средней мол. массой порядка 340 (среднее число углеродных атомов в молекуле 11,5), а для порошкообразных моющих средств – АБС с молекулярной массой до 360 (среднее число углеродных атомов в молекуле 14). С увеличением длины алкильной группы моющее действие АБС увеличивается, улучшаются технологические свойства.
Алкилсульфонаты (АС) представляют большой интерес с точки зрения технологических и экологических свойств. АБС разлагается биохимически на
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
92,4 %, АС – на 99 %. ЛД50 для АС – 2 г на 1 кг живого веса, они хорошо зарекомендовали себя в дерматологических препаратах. Олефинсульфонаты (ОС) обладают отличным моющим действием и значительно менее чувствительны к жесткости воды. Большое практическое значение имеют сульфаты первичных спиртов и их оксиэтилированные производные. Они обладают высокой скоростью биохимического окисления и 100 % биоокисляемостью. Оксиэтилированные продукты не чувствительны к жесткости воды.
В настоящее время алкилсульфаты оксиэтилированных спиртов, а также сульфосукцинаты применяются в производстве косметических средств, мыл, шампуней. Натриевая соль лаурилсульфата входит в состав пенных препаратов и многих кремов в зарубежных препаратах.
Анионные ПАВ можно разделить на шесть основных групп:
1.Производные карбоновых кислот – мыла.
2.Первичные и вторичные алкилсульфаты, алкилфенилэтилсульфаты, алкилциклогенсилсульфаты и т.д.
3.Алкил- и алкиларилсульфонаты, сульфонаты сложных эфиров моно- и дикарбоновых кислот, олефинсульфонаты.
4.Сульфоэтоксилаты спиртов, карбоксиэтоксилаты спиртов, сульфоэтоксилаты карбоновых кислот, сульфоэтоксилаты алкилфенилэтиловых спиртов, диметаллические соли сульфоянтарной кислоты, соли сульфатов непредельных кислот.
5.Азотсодержащие ПАВ. Они характеризуются тем, что атом водорода при азоте в амидной группе имеет нейтральную реакцию. К ним относят: амидосульфонаты, амиды сульфокарбоновых кислот, амидосульфаты, амидокарбоксилаты, вещества с карбоксильной и сульфогруппой типа:
RCONHR'OOCR"(SO3Me)COOMe.
Вместо амидной группы во многих этих веществах может быть также сульфаниламидная группа, например:
RArSO2NHCH2CH2SO3Me.
6. Соединения с другими гидрофобными и гидрофильными группами: соли перфторированных карбоновых кислот, перфторированных сульфоацетатов, моно- и диалкилфосфатов и фосфонатов.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
К катионоактивным веществам (КПАВ) относятся соли длинноцепо-
чечных алифатических первичных, вторичных и тритичных аминов RNH2H+Cl-, R2NHH+Cl- и R1R2R3NH+Cl-, четвертичные аммониевые основания R1R2R3R4N+Cl- и соли алкилпиридиния, в которых могут быть использованы ионы Сl-, Вг-, SO3-, СН3СОО- и другие анионы.
У катионоактивных ПАВ поверхностно активные свойства обусловлены свойствами катионов:
|
_ |
|||
C16H33N(CH3)3Br |
|
|
|
C16H33N(CH3)+3 + Br |
|
|
|||
|
|
|
||
К катионным ПАВ в основном относятся азотосодержащие соединения, но в последние годы получили практическое значение КПАВ, не содержащие азота: соединения сульфония и сульфоксония:
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
R' |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
_ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
R |
|
S |
|
X |
R |
|
|
|
S |
|
O |
|
X |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
R" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R" |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соединения фосфония [R3P-PI]+X-, оксония [R3As-PI]+X-, соединения ио- |
|||||||||||||||||||||||||||||
дония |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
+ _ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Азотсодержащие КПАВ можно разделить на шесть основных групп: 1. Соли аминов –
RNR'R"HX
2. Моно- и бисчетвертичные аммониевые основания с алкильными цепями алифатической структуры –
|
|
|
|
|
|
|
|
+ _ |
|
|
|
R" |
|
|
2 + |
|
|||||||
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
R" |
|
_ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
|
2 X |
|
R |
|
N |
|
R"' |
X |
R |
|
N |
|
|
N |
|
R |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
R" |
|
|
|
|
R" |
|
|
R" |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Моно- и бисчетвертичные аммониевые соединения со смешанными алкильными цепями алифатической и ароматической структуры
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
|
|
|
|
|
|
|
|
+ _ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 + |
|
|||
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
R" |
R" |
_ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 X |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
R |
|
N |
|
Ar |
R |
|
N |
|
Ar N |
|
R |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R" |
|
|
|
|
|
|
R" |
R" |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Четвертичные аммониевые основания с различными функциональными группами в гидрофобной цепи
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ _ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|||||
|
|
|
R' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R" |
X |
_ |
||||||||||
RCONH-R"' |
|
|
|
|
|
R"' |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
N |
|
|
|
|
|
RSO2-C6H4 |
N |
|
R'" |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
R" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R" |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
RCOOCCH2 |
|
|
|
R'" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5.Моно- и бисчетвертичные аммониевые основания с атомом азота в гетероциклическом кольце. Эта группа соединений объединяет сотни катионных ПАВ, имеющих промышленное значение. Это соединения пиридина, хинолина, фталазина, бензимидазола, бензтиазола, бензотриазола, производные пирролидина, имидазола, пиперазина, морфолина, тиаморфолина, пиперидина, бензоксазина и др.
6.Полимерные КПАВ. Наибольшее распространение получил поливинилпиридиний галогенид –
H H |
|
n+ |
||
|
||||
|
|
|||
|
|
|
_ |
|
|
|
|
||
|
H |
|||
|
|
nX |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
N
n
КПАВ по объему производства значительно уступают анионным и неионогенным, но ряд присущих им специфических ценных свойств обусловливает их эффективное применение во многих областях промышленности, в том числе и в технологии косметических препаратов. Ассортимент водомаслорастворимых КПАВ, отличающихся строением и длиной углеводородной цепи, выпускаемых иностранными фирмами, очень велик. Особенно перспек-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
тивна в технологии группа четвертичных аммониевых соединений, так как эти вещества сочетают в себе поверхностно-активные и бактерицидные свойства. Но, необходимо помнить о том, что эта группа ПАВ является наиболее токсичной, оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые.
Амфолитные ПАВ (АмПАВ) содержат две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, другая – основной характер, например, карбоксильную и аминную группы. В зависимости от рН водного раствора амфолитные соединения обладают анионоактивными или катионоактивными свойствами:
RNH(CH2)nCOO- + H+ = RNH(CH2)nCOOH = R-+[NH2(CH2)nCOOH]+
Амфотерные ПАВ имеют общий вид:
O+
R K _
где R – углеводородный радикал, обычно C9-C19, представляющий гидрофобную часть молекулы,
О+ – основная группа К- – кислотная группа гидрофильная часть молекулы
(протонодонорная группа)
Чаще всего амфотерные ПАВ содержат одновременно: карбоксильную и аминогруппу RN+H R1COO-; сульфоэфирную и аминогруппу RN+H R1OS03-; сульфонатную и аминогруппу RN+H R1SО3-.
Амфотерные ПАВ характеризуются тем, что могут отдавать или принимать протон в зависимости от того, в какой среде они находятся:
кислая среда щелочная среда
R+NH2CH2COOH
R+NH2CH2COOH
RNH2CH2COOH
цвиттер-ионная форма В изоэлектрической точке заряды равны и молекула АмПАВ представля-
ет собой цвиттерион. Кислотные и основные константы ионизации истинных АмПАВ весьма низкие и не сильно отличаются. Такие вещества сравнительно редки. Чаще всего встречаются катионно-ориентированные цвиттерионные ПАВ (ЦПАВ) и анионно-ориентированные ЦПАВ. Катионной группой обычно служат первичная, вторичная или третичная аминогруппы, пиридиновая или
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
имидазолиновая группы. Принципиально вместо азота применяют карбоксильную, сульфонатную, сульфоэфирную и фосфатную группы.
Необходимым условием амфотерности ПАВ является близость констант кислотной и основной ионизации.
Степень превращения в ту или иную форму зависит от рН среды. В н а- стоящее время амфотерные ПАВ применяются в растворах с рН 4,0-9,0.
Вкачестве катионной группы выступают первичная, вторичная и тритичная аминогруппы, пиридиновая, имидазолиновая. Вместо соединения азота могут применяться сера, фосфор, мышьяк содержащие соединения.
Анионная группа представлена карбоксильной, сульфонатной, сульфоэфирной и фосфорнокислотной.
ВСНГ промышленностью выпускаются и применяются карбоксибетаин, представляющий собой алкилдиметиламмонийацетат бетаин; циклимид – N- aцетил-NN""-бис, натрийкарбоксиметил-N1-оксиэтилэтилендиамин-гидроксид; амидобетаин – тринатрий N, N, N 1-триацетат-2 [М-ацетил-N-(2-гидроксиэтил)- амино] этиламмоний гидроксид и др.: карбоксибетаин в качестве активной основы для приготовления моющих композиций, стабилизаторов пен, диспергатора кальциевых мыл, солюбилизатора, пенообразователя в жесткой воде, антистатика, эмульгатора, смачивателя и мягчителя в косметических композициях; циклимид – в качестве смачивателя в моющих композициях и шампунях, эмульгатора, моющего средства для посуды, гербицида и фунгицида; амидобетаин – в качестве пенообразователя и стабилизатора пены, эмульгатора, смачивателя, бактерицида, компонента косметических препаратов.
Некоторые представители группы амфотерных ПАВ используются в косметической практике. Благоприятное воздействие на кожу и слизистые оболочки обусловливает их использование для дерматологических препаратов, средств для ухода за детьми, а также шампуней, кремов.
Известными представителями группы амфотерных ПАВ являются ТегоБетаин Л7 (Германия), Тегобетаин С (США), идентичные отечественному амидобетаину; Мизанолы НМ, СМ (США) – аналоги циклимида; Сульфобетаин Сари (США); Протинол, Эгалисал (Германия) – идентичные белковым гидролизатам и др.
Бетаин, в частности, Тего-Бетаин Л7, обычно комбинируют с другими ПАВ, преимущественно с НПАВ. Комбинации с некоторыми веществами, имеющими антимикробные свойства, часто приводят к их синергизму. Комби-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
нации Тего-Бетаина Л7 с ПАВ обладают высокой пенообразующей способностью. Тего-Бетаин Л7 используется в дерматологической и косметической практике, 10 и 25 % водные растворы обладают хорошими очищающими свойствами. У новорожденных детей после обработки ими раздражение кожи уменьшается без дополнительной терапии. 40 % водные растворы применяются как шампуни для волос детей, страдающих себорейной экземой. После аппликации раствора не наблюдается раздражения даже в случае остро воспаленной кожи. 10 % растворы используются для смывания мазей и кремов, наносимых на кожу больных, страдающих псориазом и экземой.
Обычно Тего-Бетаин применяется в сочетании с натрия лаурилсульфатом, водным ланолином, пропиленгликолем и др. Исследование его пероральной переносимости показало, что, несмотря на присутствие в молекуле вещества четвертичной аммониевой группы, оно оказывает действие на уровне НПАВ.
Карбоксибетаин в виде водного раствора имеет среднюю молекулярную массу 290±15, представляет собой прозрачную жидкость, содержащую 30 % основного вещества. Карбоксибетаин малотоксичное вещество. Применяется в качестве компонента жидких моющих средств и антистатика в текстильной промышленности. Входит в состав средств для мытья нормальных волос.
По химическому строению и по некоторому сходству в поведении АмПАВ можно разделить на пять основных групп.
1. Алкиламинокарбоновые кислоты (ААКК) RNH(CH2)nCOOH, алкильный радикал амина обычно прямоцепочечный, а между аминной группой и карбоксильной радикал иногда имеет разветвленный характер; алкиламинофенилкарбоновые кислоты RNHC6H4COOH; ААКК с первичной, вторичной и третичной аминогруппами – RNH(NH2)COOH, RNH(NHR’)COOH, RN(CH3)CH2COOH; ААКК с промежуточной гидроксильной группой, с эфирной, сложноэфирной, амидной, сульфоамидной группами; ААКК с двумя и более амино- и аминодогруппами; ААКК с несколькими аминными и гидроксильными группами.
2. Алкилбетаины (АБ) представляют собой наиболее интересный раздел ЦПАВ. Их можно разделить на пять основных групп:
а) С-алкилбетаины RCH[N(CH3)3]COO и N–алкилбетаины
RN(CH3)2CH2COO
б) сульфит-, сульфо- и фосфатбетаины:
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
_ |
_ |
RN(CH3)2CH2CH2OSO2 , |
RC6O4CH2N(CH3)2CH2CH2OSO3 |
_
RN(CH3)2CH2CH(OH)CH2OPO3 в) амидобетаины RCONH(CH2)3N(CH3)COO
г) оксиэтилированные бетаины:
RN[(CH2CH2O)pH][(CH2CH2O)qH]CH2COO
д) другие цвиттерионные ПАВ:
RCONN(CH3)3, RNH(NH2)OCCH2CH2SO3 и др.
3. Производные алкилимидозолинов. Наиболее характерной структурой имидозолиновых АмПАВ (ИмАмПАВ) является такая, в которой анионные и катионные группы приблизительно равносильны:
|
|
|
_ |
|
|
|
_ |
||||
R'OC H |
N |
CH COO |
|
N |
CH2COO |
||||||
2 4 |
2 |
|
|
|
R |
||||||
|
|
|
|
|
R |
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
N |
|
|
N |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H4OR' |
|
где R – углеводородный радикал C7-C17; R’ – H, Na, CH2COOMe. ИмАмПАВ являются производными 4,5-дигидро-1,3-диазола или 4,5-
дигидроимидазола:
H
1N 2
5
4 N3
По структуре и методам синтеза их можно разделить на два основных класса – небетаинные и бетаинные, каждый из которых включает соединения карбоксилатного, сульфоили сульфоэфирного характера.
Карбоксибетаинные ИмАмПАВ:
CH2COONa |
N |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|||||
N |
|
R |
|
R |
|
|
|
|
R |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
N |
|
|
|
N C H N(CH COOH) |
2 |
|
N C H NHOCC H COOH |
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
2 |
|
|
2 |
4 |
2 |
4 |
|||
Сульфо- и сульфатнебетаинные ИмАмПАВ:
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
|
N |
|
R |
|
|
|
|
|
|
N |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
R |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
N R'SO H |
|
|
|
|
N C H N=CHC H SO H |
|
|
N C H OSO H |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
6 |
4 |
3 |
|
|
|
2 |
4 |
3 |
|||||||
Карбоксибетаинные ИмАмПАВ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HOC H |
+ |
CH (CH )nCOO |
_ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
N |
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Сульфо- и сульфабетаинные ИмАмПАВ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
HOC H |
+ |
C H SO |
_ |
HOC H |
+ |
CH CH(OH)CH |
OSO |
_ |
||||||||||||||||||||||
|
3 |
|
3 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 4 |
|
N |
3 6 |
|
|
|
|
|
2 4 |
|
N |
2 |
|
|
|
2 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Сбалансированность ионизирующих групп обеспечивает этим соединениям хорошие санитарно-гигиенические и коллоидно-химические свойства.
4. Алкиламиноалкансульфонаты, –сульфаты (АААС). Анионноориентированные ЦПАВ легко переходят в цвиттерионную форму, что позволяет легко выделять их в чистом виде. Константа ионизации кислотной группы гораздо больше, чем основной, поэтому они применяются в щелочной среде. Однако в случае нескольких основных групп и при наличии рядом с кислотной других гидрофильных групп, они по свойствам и областям применения сходны с другими амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием. В зависимости от констант ионизации их можно разделить на группы:
а) соли АААС1 – RN(R′)R′′′SO3Me;
б) соли АААС2 – RN(R′)R′′O3Me;
в) производные ароматических аминосульфокислот –
RN(R′)C6H4SO3Me;
г) аминосульфонаты с атомом азота в гетероциклах –
H
N
RC
SO3Na N
д) другие аминосоединения (фосфаты, фосфонаты и т.д.) –
RH(R')R"R(O)(OH)2 ; RH(R')R"OP(O)(OH)2
где R – длинный углеводородный радикал; R’ – короткий углеводород-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ный радикал; R” – короткий двухвалентный радикал. е) аминокислоты с двумя кислотными группами –
RN(CH2CH2SO3Na)2.
Их отличием является хорошая способность диспергировать кальциевые мыла и устойчивость к солям жесткости воды.
5. Полимерные амфолитные ПАВ (ПАмПАВ) можно разделить на три основные группы:
1)природные – белки, протеины, нуклеиновые кислоты и т.д.;
2)модифицированные природные: а) олигомерные гидролизаты белковых веществ; б) сульфатированный хитин; в) продукты последовательной ступенчатой конденсации аминов, формальдегида, альбумина и жирных кислот; г) производные целлюлозы, полученные введением карбоксильных и диэтаноламидоэтильных групп;
3)синтетические, в молекулах которых сочетаются структурные признаки всех приведенных выше классов АмПАВ. Например:
|
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2CHCH2CH |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CONH2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H4 |
|
N(CH3)2 |
_ |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2CH2COO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2CH2COO |
|
|
n |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
CH2 |
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NCH2CH2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NCH2CRR'COOH |
n |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2N(CH3)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHCH2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N(CH2COOH)2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COO(CH ) SO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
2 3 |
2 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
АмПАВ представляют собой наименее распространенную в промышленности группу ПАВ. В настоящее время из применяют преимущественно для получения косметических препаратов. Тем не менее, динамика роста их производства свидетельствует о том, что у них наибольшие перспективы развития. Основными преимуществами амфолитных ПАВ перед традиционными является удовлетворительные потребительские свойства (низкая токсичность, слабое
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
раздражающее действие на кожу, высокая биоразлагаемость), высокие антистатические свойства, возможность создавать на их основе бесфосфатных моющих средств. АмПАВ хорошо совмещаются в составах почти со всеми известными ПАВ и обладают слабым бактерицидным действием. Химическое строение АмПАВ предусматривает наличие в их структуре многих разнохарактерных функциональных групп и возможность построения их в различных комбинациях. При этом малейшее изменение в структуре отражается на химических и коллоидно-химических свойствах. Поэтому при появлении новых направлений в применении ПАВ и исследовании возможностей получения препаратов с заданными свойствами АмПАВ являются наиболее перспективными.
К группе неионогенных ПАВ (НПАВ) относятся спирты, продукты оксиэтилирования длинноцепочечных жирных кислот, спиртов, аминов, алкилфе-
нолов [RCOO(C2H2O)nH, RCH2O(C2H4O)nH, RC6H5O(C2H4O)nOH].
Неионогенные ПАВ имеют общую формулу:
R-X(CH2CH2O)nH
где R – алкил; Х – может быть атомом кислорода, азота, серы или функциональной группой -СOO-, -CONH, -C6H4O-.
Многие соединения, содержащие подвижный водород (кислоты, спирты, фенолы, амины), конденсируясь с оксидом этилена, приводят к получению. НПАВ:
ROH + nCH2CH2 
RO(CH2CH2O)nH O
Особую группу среди неионогенных ПАВ составляют защищенные коллоиды, обладающие сильной стабилизирующей способностью. К ним относятся производные целлюлозы, сапонины, лигносульфоновые кислоты, соли альгиновой кислоты и др. Между составом и коллоидно-химическими свойствами ПАВ существует определенная зависимость. Так, наиболее выраженным смачивающим действием обладают ПАВ с разветвленной структурой и с R=C10-C12, а стабилизирующей способностью – более высокие гомологи с прямолинейными цепями.
Неионогенные ПАВ по ассортименту и объемам потребления значительно превосходят ПАВ других классов. Это связано с их наименьшей токсичностью в сравнении с другими ПАВами. К ним относятся оксиэтилированные спирты, кислоты, фенолы, амины и амиды, алкилсульфаты, эфиры полиолов (глицерина, сорбита, пентаэритрита) и жирных кислот, эфиры ди- и триэти-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ленгликоля и жирных кислот и т.д.
В производстве фармацевтических и косметических препаратов применяются масло- и водорастворимые НПАВ. К преимуществам НПАВ по сравнению с ПАВ других классов следует отнести: возможность широкого изменения ГЛБ; стойкость к воздействию электролитов, солей; совместимость с ПАВ всех классов; низкая пенообразуюшая способность и высокая поверхностная активность; минимальная токсичность.
К этой же группе относятся и высокомолекулярные соединения (ВМС), которые кроме эмульгирующей способности обладают и рядом других положительных качеств (пленкообразующая, структурообразующая и т.д.).
НПАВ можно разделить на одиннадцать групп, различающихся строением гидрофобной части молекулы, т.е. в зависимости от того, какие исходные вещества послужили основой получения их полигликолевых эфиров:
1.Спирты – предельные и непредельные, первичные, вторичные, цикли-
ческие RO(CH2 CH2O)nH;
2.Карбоновые кислоты – RCOO(CH2CH2O)nH;
3. Алкилфенолы и алкилнафтоны – RC6Н4O(CH2CH2O)nH,
RC10H8O(CH2CH2O)nH;
4. Амины, амиды, имидазолины –
RN |
(CH2CH2O)nH |
RCONH(CH2CH2O)nH |
RC |
N- |
|
CH2 |
||
|
||||||||
(CH2CH2O)nH |
N- |
|
CH |
|||||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(CH2CH2O)nH |
||
5. Меркаптаны и сульфамиды –
RSO2 (CH2CH2O)nH RS(CH2CH2O)nH (CH2CH2O)nH
6. Полимеры, этилен- и пропиленгликоли:
плюроник – H(CH2CH2O)x(C3H6O)n(CH2CH2O)yH
тетраник –
H(CH2CH2O)y(C3H6) |
NCH2CH2N |
(C3H6O)x(CH2CH2O)yH |
|
H(CH2CH2O)y(C3H6) |
(C3H6O)x(CH2CH2O)yH |
||
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
7. Алкилацетиленгликоли –
R' R'
H(OCH2CH2)O-C-C
C-C-O(OCH2CH2)H
R" R"
8. Эфиры фосфорной кислоты –
O
OR-P-O(CH2CH2O)nH OR
9. Эфиры пентаэритрита –
(RCOOCH2)y-C[CH2O(CH2CH2O)xH]z z + y = 4
10. Продукты конденсации гликозидов с жирными спиртами, карбоновыми кислотами и оксидом этилена. К этому классу можно отнести группу твинов
– продуктов присоединения оксида этилена к моноэфиру сорбитана и жирной кислоты –
H(OCH2CH2)nOH |
|
|
CHO(CH2CH2O)nH |
||
|
|||||
H2C O |
CH |
|
CHCOOR |
||
|
|||||
|
|
|
O-(CH2CH2O)NH |
||
11. Кремнийорганические НПАВ, например аддукты диметилполисилоксанов –
Si(CH3)3[OSi(CH3)2]n(CH2)3O(C2H4O)mH
Основные классы ПАВ, используемых в качестве эмульгаторов приведены в табл. 15.1.
Вдисперсных системах с водной средой эффективность действия ПАВ во многом зависит от их поверхностного натяжения, гидрофильно-липофильного баланса, критической концентрации мицеллообразования, способности образовывать структурированные адсорбционные слои.
Вразличных системах, особенно кремах, пенах, одно и тоже ПАВ м ожет оказывать противоположное действие в зависимости от его концентрации и других условиях применения, хотя его действие часто основано на одном и том же физико-химическом принципе. Молекулярный механизм действия ПАВ является основой, раскрывающей сущность процессов, что позволяет определить оптимальные рецептуры фармацевтических и косметических препаратов и ус-
|
|
|
|
|
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
ловия применения ПАВ. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 15.1 |
|
|
|
|
|
Основные типы ПАВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анионные ПАВ |
|
RC6H4SO3Na(R = C10 - C14) |
Алкилбензолсульфонат |
|||||
R |
|
|
|
Алкилсульфонат |
||
CHSO3Na(R + R1 = C11 - C17) |
||||||
R1 |
|
|
|
|
||
R-CH2-CH=CH-CH2SO3Na |
Олефинсульфонат |
|||||
(R = C10 - C14) |
|
|
||||
|
|
|
||||
R-CH2- |
|
CH-(CH2)n-CH2SO3Na |
Гидрооксиолефинсульфонат |
|||
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
||
R-CH-COOCH2SO3Na (R = C14 - C16) |
Сульфонат эфира жирной кислоты |
|||||
|
|
|||||
R-CH2-O-SO3Na (R = C11 - C17) |
Сульфат жирного спирта |
|||||
RO(C2H4O)nOSO3Na |
|
Сульфоэтоксилат жирного спирта |
||||
(R = C |
- C , n = 2 - 3) |
|
||||
|
|
|||||
10 |
16 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Катионные ПАВ |
|
R1 |
+ |
R3 |
|
Четвертичные аммониевые соеди- |
||
|
|
|
Cl- |
|
||
R2 |
N |
|
нения |
|||
|
R4 |
|
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Неионогенные ПАВ |
|
R1 |
|
|
|
Оксиэтилированные спирты |
||
CHO-(C2H4O)n-H |
R=C8-C18 |
|||||
R |
R′=H; n=3-15 – первичные |
|||||
|
|
|
R+R′=C10-C14; n=3-12 – вторичные |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Амфолитные ПАВ |
|
|
|
|
+ |
CH3 |
- |
|
|
|
|
|
Сульфобетаин |
||
C12H25N |
(CH2)SO3 |
|||||
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
+ |
CH3 |
|
|
|
|
|
CH2COO- |
Карбоксибетаин |
||
C12H25N |
||||||
|
|
|
|
CH3 |
|
|
Многообразный характер влияния ПАВ на свойства поверхностей раздела: жидкость-газ, жидкость-твердое тело, жидкость-жидкость обусловлен их
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
способностью, адсорбируясь на поверхности раздела фаз и образуя агрегаты (мицеллы), понижать поверхностную энергию. ПАВ играют важную роль в диспергировании и растворении, в пенообразовании, в проявлении, например, бактерицидного эффекта, в его усилении либо ингибировании другими веществами. Кроме того, взаимодействуя с кожей и слизистыми, ПАВ существенно влияют на их состояние и проявление лечебного эффекта фармацевтических и косметических средств. Поэтому чтобы понимать и предсказать их действие, важно знать основные зависимости между структурой и свойствами растворов ПАВ, представлять направление изменения свойств в сложных многокомпонентных смесях (кремы, эмульсии, пены).
15.3. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И КРИТИЧЕСКАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ (ККМ) ПАВ
Определение поверхностного натяжения – наиболее распространенное исследование при работе с ПАВ, так как на основе этих данных рассчитываются многие характеристики (адсорбция, поверхностная активность, способность к солюбилизации, пенообразование и т.д.).
ПАВ концентрируются на поверхности раздела фаз и вызывают понижение поверхностного натяжения. При этом молекулы ПАВ образуют мономолекулярные слои («пленки»), главными характеристиками которых являются давление слоя, температура и поверхность, приходящаяся на одну молекулу. Предварительно принимается, что гидрофобные группы ПАВ расположены параллельно друг другу и направлены наружу, а гидрофильные группы ориентированы внутрь жидкости. На межфазной поверхности раздела жидкость-жидкость (ж/ж) и жидкость-твердое тело (ж/тв) также адсорбируются молекулы ПАВ. Поверхностное натяжение жидкостей следует рассматривать как прямую связь межмолекулярных сил. Для характеристики ПАВ это свойство основное. Натяжение на межфазной поверхности раздела ж/ж составляется из натяжений в обоих граничных слоях.
Поверхностное натяжение измеряется разными способами: тензиометром Дю Нуи, пластинка Вильгельми; поднятие в капилляре (сталагмометр Траубе); лежащая капля; висящая капля; счет, вес, объем капель; максимальное давление пузырька (прибор Ребиндера) и др.
Выбор метода для определения поверхностного натяжения должен быть
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
компромиссом между точностью, легкостью проведения определения и пригодностью полученных результатов для корреляции. До настоящего времени методы исследования поверхностного натяжения не стандартизованы.
Все методы определения делятся на: статические и динамические. В работах в области технологии фармацевтических и косметических препаратов применяется, главным образом, динамический метод максимального давления пузырька (метод Кантора, Ребиндера). Суть его заключается в том, что через капилляр, опущенный в исследуемую жидкость, продуваются пузырьки воздуха или пропускаются капли другой жидкости и замеряется скачок давления при отрыве пузырька.
Следует отметить, что при выборе метода необходимо, в первую очередь, учитывать скорость установления равновесия в определяемой системе. К методам определения поверхностного натяжения однокомпонентных систем предъявляются менее жесткие требования, и поверхностное натяжение может быть определено практически любым методом, так же, как поверхностное натяжение растворов поверхностно-инактивных веществ (например, сахара) или веществ с отрицательной поверхностной активностью (растворы неорганических солей в воде).
ПАВ в растворах могут существовать как в молекулярной, так и в колл о- идно-мицеллярной формах. Переход из молекулярного состояния в коллоидное совершается в определенной концентрационной области, характерной для каждого ПАВ и связанной со строением его молекул. На кривых зависимости свой- ство-состав обычно появляется излом, свидетельствующий об изменениях в системах. При этом одна из ветвей кривой описывает свойства системы в молекулярном состоянии, а другая – в коллоидном. Точку перелома условно считают соответствующей переходу молекулы ↔ мицеллы, т.е. критической кон-
центрацией мицеллообразования (ККМ). Механизм мицеллообразования полностью еще не выяснен. Явление солюбилизации косвенно подтверждает, что мицеллообразование можно рассматривать как фазовый переход. Способность к мицеллообразованию составляет важнейшую характерную особенность коллоидных ПАВ, с которой связаны многие свойства их растворов.
При мицеллобразовании резко изменяются объемные свойства растворов ПАВ: плотность, электропроводность, коэффициент преломления, осмотические эффекты, оптические свойства (мутность) и др. Измерение этих свойств, как и поверхностного натяжения, лежит в основе разнообразных методов определения ККМ, их более 20.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Для определения ККМ готовят 10 растворов ПАВ различной концентрации и измеряют их поверхностное натяжение. Строят график зависимости поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. По резкому излому кривой определяют концентрацию, которая соответствует ККМ.
15.4. ГИДРОФИЛЬНО-ЛИПОФИЛЬНЫЙ БАЛАНС (ГЛБ) ПАВ
Ввиду того, что потребителями эмульгаторов являются самые различные области промышленности, требования, предъявляемые к стабильности эмульсий, различны, выбор наиболее рационального эмульгатора для стабилизации данной эмульсии составляет значительные трудности, особенно в связи с необычайно быстрым ростом числа эмульгаторов, количество которых уже в начале 60-х годов превышало тысячу. Перед потребителем эмульгаторов всегда стоит вопрос о том, стойкость какого типа эмульсии обеспечивается данным эмульгатором и является ли он лучшим в том смысле, что бы с наименьшим количеством эмульгатора получить наиболее стабильную эмульсию. На первую часть вопроса отвечает правило Банкрофта, гласящее, что гидрофильные эмульгаторы, растворимые или диспергируемые в воде образуют эмульсии типа м/в, маслорастворимые эмульгаторы дают эмульсии типа в/м. Правило Банкрофта можно сформулировать иначе: фаза, в которой эмульгатор растворим, всегда будет дисперсионной средой. Что же касается второй части вопроса, интересующего изготовителя эмульсии, какой же эмульгатор окажется наилучшим именно для данной эмульсии, то химическая природа эмульгатора, сама по себе имеющая громадное значение для правильного выбора подходящего эмульгатора, не может служить критерием оценки его качества, так как для стабилизации эмульсии гораздо большее значение имеет так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ). Этот термин предложен Гриффином, им же разработаны простейшие методы определения и вычисления ГЛБ для неионных поверхностно-активных веществ.
Какой смысл вкладывается в понятие ГЛБ? Чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим поведение эмульгатора в эмульсии. Каждый эмульгатор является дифильной молекулой, причем в различных эмульгаторах величина гидрофильной и гидрофобной части колеблется в широких пределах. Когда с помощью данного эмульгатора удается сильно снизить поверхностное натяжение на границе в/м и тем самым создать длительно стойкую эмульсию, это означает, что гидрофильная часть, погрузившаяся в воду, и гидрофобная часть, погружен-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ная в масло, находятся с водной и масляной фазами в гидрофильно-липофильном равновесии, иначе это равновесное состояние принято называть гидрофильнолипофильным балансом. Если же эмульгатор излишне растворим в масле или слишком растворим в воде, то он втягивается больше в ту фазу, в которой он лу ч- ше растворяется, и на поверхности раздела фаз онне накапливается в количестве, обеспечивающем стабильность эмульсии. В этом случае нет гидрофильнолипофильного равновесия между эмульгатороми масляной и водной фазами.
Большое количество ПАВ, выпускаемых различными отраслями промышленности, и многообразное использование их в различных целях заставило искать для них рациональную классификацию, которая позволяла бы экспериментатору руководствоваться ею в выборе таких веществ и избежать повторения проделанных ранее работ. Такую классификацию, основанную на ГЛБ, также предложил Гриффин. В основу своей системы он положил линейную шкалу чисел, характеризующих действие ПАВ. В соответствии с этой шкалой каждому веществу приписывается определенное число. Предполагается, что для смеси ПАВ число ГЛБ равно их среднеарифметическому значению. Между числами ГЛБ ПАВ и их растворимостью в воде существует определенная корреляция (табл. 15.2).
|
|
|
Таблица 15.2 |
|
Значения чисел ГЛБ и применение НПАВ |
||||
|
|
|
|
|
Растворимость в воде |
Число ГЛБ |
Применение |
||
Не диспергируется |
0 |
– 3 |
Пеногасители |
|
Диспергируется плохо |
3 |
– 6 |
Эмульгаторы в/м |
|
То же |
6 |
– 9 |
Смачиватели |
|
Мутная дисперсия |
9 – 13 |
Эмульгаторы м/в |
|
|
Полуили прозрачный |
13 |
– 15 |
Пенообразователи |
|
раствор |
|
|
|
|
Прозрачный раствор |
15 |
– 20 |
Солюбилизаторы |
|
Система ГЛБ позволяет количественно оценить и выразить в виде условных групповых чисел степень взаимодействия с водой отдельных групп, из которых состоит молекула ПАВ. Групповые числа гидрофильных групп положительны, а липофильных – отрицательны. Значения ГЛБ ПАВ располагаются в пределах от 1 до 40. Чем больше баланс сдвинут в сторону гидрофильности, тем выше число ГЛБ. Для НПАВ составлена шкала величин ГЛБ от 0 до 20, с о- ответствующая области их применения. Ионоактивные ПАВ характеризуются
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
числами ГЛБ от 18 до 40, неионные полностью липофильные вещества (например, стеариновая кислота) ГЛБ равно 0.
Надо отметить, что вещества с одинаковыми значениями ГЛБ не обязательно должны обладать одинаковой водо- и маслорастворимостью. Такой строгой пропорциональности нет. Тем не менее, можно сделать некоторое представление о величине ГЛБ эмульгатора по его поведению в воде (табл. 15.2).
Система ГЛБ является в известной степени формальной, так как она исходит из стехиометрического состава соединения и не учитывает геометрических особенностей строения его молекул, например, изомерии. Она позволяет определить области применения ПАВ, не, характеризуя достаточно полно его эффективность. Тем не менее, система чисел ГЛБ позволяет систематизировать весьма запутанные и порой противоречивые данные по свойствам различных ПАВ и их смесей и способствует эффективной организации поиска оптимальных рецептур фармацевтических и косметических препаратов
Классификация ПАВ и хотя еще полуэмпирический метод их выбора при составлении различных рецептур эмульсионных препаратов, основанные на ГЛБ, явились важным вкладом в теорию и практику использования ПАВ. Знание величин ГЛБ значительно облегчило и упростило поиск соответствующих ПАВ при решении различных вопросов в технологии эмульсий. Так, в зарубежных рекламных статьях и бюллетенях по ПАВ величины ГЛБ фигурируют об я- зательно как основная их характеристика.
Методы определения ГЛБ можно разделить на расчетные по формулам, которые базируются на молекулярной структуре ПАВ, и экспериментальные. Последние основаны на измерении каких-либо свойств или параметров ПАВ, связанных с их ГЛБ.
Расчетные методы определения. Метод Griffin. Для НПАВ составлена шкала величин ГЛБ от 0 до 20. Нуль имеют неионные полностью лип офильные вещества, например, стеариновая кислота. ГЛБ 20 присуще неионным полностью гидрофильным веществам, таким, как оксиэтилированные производные. ПАВ различной степени оксиэтилирования имеют промежуточные значения ГЛБ, которые могут быть вычислены, если известно содержание оксиэтиленовой цепи в молекуле:
ГЛБ= |
Е |
; |
(15.3) |
|
5 |
|
|
где Е – весовое (%) содержание гидрофильной части в молекуле ПАВ.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Таким образом, для оксиэтилированных НПАВ величина ГЛБ показывает 1/5 весового процентного содержания гидрофильной части в молекуле. Когда ПАВ имеет ГЛБ 5, 10, 15 – это означает, что молекулярная масса гидрофильной части равна соответственно 25, 50 и 75 от общей молекулярной массы ПАВ. Таким образом, ГЛБ 10 представляет ПАВ, в котором гидрофильная и липофильная части полностью уравновешены. Меньшие значения ГЛБ показывают доминирование липофильной группы, а большие – гидрофильной.
Выведено несколько уравнений для НПАВ, базирующихся на их молекулярной структуре. Уравнения отражают процентное весовое содержание гидрофильных и липофильных групп в молекуле ПАВ и лишь несколько видоизменяются от одной химической группы ПАВ к другой.
Для легкоомыляющихся эфиров жирных кислот и полиолов ГЛБ может быть рассчитан по формуле:
ГЛБ= 20 |
|
40 |
; |
(15.4) |
|
1− |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Кч |
|
|
|
где 40 – число омыления эфиров, Кч – кислотное число жирной кислоты.
Для трудноомыляемых эфиров, например, оксиэтилированных производных предложена другая формула расчета:
ГЛБ= |
Е + Р |
; |
(15.5) |
|
5 |
||||
|
|
|
||
где Е - весовой процент ПЭО части, |
|
|||
Р – весовой процент гидрофильной части, приходящейся на многоатомный спирт (глицерин, сорбит и др.)
В случае эфиров, гидрофильная часть которых состоит только из одного полиэтиленоксидного остатка, например оксиэтилированных кислот и одно-
атомных жирных спиртов, формула приобретает вид: |
|
|
|
|
ГЛБ= |
М.в.гидрофильной части×100 |
= |
Е |
(15.6) |
|
5 М.в.ПАВ |
|
5 |
|
Для неионогенных ПАВ, конденсированных с оксидом пропилена, а также содержащих атомы азота или серы эти формулы неприменимы. ГЛБ указанных ПАВ представляет частные случаи, не связанные с их весовым составом. Здесь надо применять экспериментальные методы определения. Кроме того, ГЛБ ионогенных ПАВ также не следует весовой основе. Эти ПАВ чаще всего имеют гидрофильную группу с очень маленькой молекулярной массой и высо-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
кие значения ГЛБ. Их гидрофильность очень велика за счет диссоциации молекул на ионы.
Метод Kawakami. Kawakami без объяснения природы коэффициентов предлагает следующую формулу:
ГЛБ= 7 +11,7 |
МI |
|
; |
(15.7) |
|
|
|
||||
|
М |
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где МI - молекулярная масса гидрофильной части ПАВ, МII - молекулярная масса ПАВ.
Это уравнение практически применяется редко.
Метод Мооге-Bell. Эти авторы вводят новое понятие «гидрофильнолипофильное число» (ГЛЧ). По их мнению, молекулы оксиэтилированных ПАВ хорошо сбалансированы, когда гидрофильная часть, выраженная в единицах оксида этилена, соответствует приблизительно 2/3 липофильной части, выра-
женной в углеродных единицах. Отсюда ГЛЧ находится по формуле: |
|
|
||||||
ГЛЧ = |
числоединицокисиэтилена×100 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
; |
(15.8) |
||
число углеродныхединиц липофильной части |
||||||||
Например, для цетилового спирта, оксиэтилированного 10 молями оксида |
||||||||
этилена, ГЛЧ равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГЛЧ = |
10 ×100 |
=62,5 |
|
|
(15.9) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
Величины ГЛЧ ПАВ расположены от 20 для очень липофильных соеди- |
||||||||
нений до 150 для весьма гидрофильных ПАВ (табл. 15.3). |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 15.3 |
||
|
Классификация ПАВ, основанная на ГЛЧ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
Характеристика ПАВ |
|
ГЛЧ |
Область применения |
|||||
Сильно липофильные |
20 |
|
Эмульгаторы м/в |
|
|
|||
Средне липофильные |
40 |
|
Эмульгаторы в/масло |
|
|
|||
Молекулярно- |
65 |
|
Смачивающие и диспер- |
|
||||
уравновешенные ПАВ |
|
|
|
гирующие |
|
|
||
Средне гидрофильные |
125 |
|
Эмульгаторы м/в |
|
|
|||
Сильно гидрофильные |
150 и выше |
Солюбилизаторы |
|
|
||||
Недостаток этого метода заключается в том, что он применим только к оксиэтилированным продуктам. ГЛЧ ПАВ сильно отличаются от их ГЛБ, одн а- ко между ними имеется экспоненциальная зависимость.
Метод Davies. Различным функциональным группам и сочетаниям атомов,
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
входящих в молекулы ПАВ, автор приписывает определенные гидрофильные коэффициенты, которые называет «групповыми числами». Они положительны для гидрофильных групп и отрицательны для липофильных. Для ряда функциональных групп величины гидрофильных коэффициентов зависят от места, которое они занимают в молекуле ПАВ. У групп, имеющих заряд, гру пповое число зависит от потенциала диспергированных частиц и их доли поверхности, покрытой адсорбировавшимися молекулами эмульгатора. Поэтому ГЛЧ ионных ПАВ не является постоянным и его невозможно подсчитать (табл. 15.4).
|
|
|
Таблица 15.4 |
||
|
Групповые числа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Группы |
|
Групповые числа |
|
|
|
|
по Davies |
по Rimlinger |
|
||
|
|
|
|||
Гидрофильные группы: |
|
|
|
|
|
-SO4Nа |
|
38,7 |
|
|
|
-СОО-К |
|
21,1 |
|
|
|
-COONa |
|
19,1 |
|
|
|
N (тритичный амин) |
|
9,4 |
|
|
|
Эфир (свободный) |
|
2,4 |
(0,3) 7 |
|
|
Эфир (сорбитановое кольцо) |
|
6,8 |
|
|
|
-СООН |
|
2,1 |
1,5 |
|
|
Свободный гидроксил -ОН |
|
1,9 |
1,9 |
|
|
-ОН (сорбитановое кольцо) |
|
0,5 |
|
|
|
-О- |
|
1,3 |
|
|
|
Липофильные группы: |
|
|
|
|
|
-СН, -СН2, -СН3 |
|
– 0,475 |
– 0,475 |
|
|
=СН- |
|
– 1,14 |
– 1,13 |
|
|
Производные группы: |
|
|
|
|
|
-(СН2-СН2-О)- |
|
0,33 |
0,9 |
|
|
-(СН2-СН2-СН2-О)- |
|
– 0,15 |
|
|
|
ГЛБ ПАВ рассчитывается согласно формуле: |
|
|
|
||
ГЛБ = 7 + ∑ (групповое число гидрофильной части) + |
(15.10) |
||||
∑ (групповое число липофильной части)
По методу Davies, ГЛБ является линейной ф ункцией суммы групповых чисел оксиэтильных звеньев в молекуле ПАВ. Для ПАВ небольшой степени оксиэтилирования значения ГЛБ, вычисленные согласно методам Griffin и Davies, достаточно близки между собой. Для ПАВ с высоким содержанием оксиэтильной части величины ГЛБ, рассчитанные по Davies, будут значительно меньше.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Суммирование вкладов всех групп ведется с учетом знака группового числа. Он положителен для лиофильных групп и отрицателен для липофильных и некоторых сложных групп. Например, для олеата натрия C17H33COONa, имеющего лиофильную группу –COONa с групповым числом 19,1 и 17 липофильных групп с групповым числом –0,475, получается ГЛБ = 19,1 – 0,475 × 17 + 7 = 18,025. По данным Девиса, расчетные и экспериментальные значения ГЛБ удовлетворительно совпадают (табл. 15.5).
Описанный способ расчета ГЛБ по групповым числам имеет целый ряд недостатков. Он не учитывает полярность различных молекул ПАВ, которая способствует увеличению гидрофильности соединений. Метод Davies применим лишь в том случае, когда молекулярная структура ПАВ хорошо известна.
Griffin предположил, что тип образующейся эмульсии и, следовательно, понятие ГЛБ можно объяснить через относительные скорости коалесценции эмульсии м/в и в/м и распределение эмульгатора между масляной и водной фазами. Теория Davies весьма логично объясняет систему ГЛБ, однако в ее основе лежит предположение, что при диспергировании двух жидкостей образуется множественная эмульсия и сохраняются только капли более устойчивой эмульсии. Это предположение не подтверждается придиспергировании многих систем.
В табл. 15.5 приведены величины ГЛБ, рассчитанные двумя методами. Таблица 15.5
|
Значение ГЛБ ПАВ |
|
|
|
|
|
|
ПАВ |
|
no Griffin |
по Davies |
Натрия лаурилсульфат |
|
40 |
40 |
Калия олеат |
|
20 |
20 |
Натрия олеат |
|
18 |
18 |
Твин-80 |
|
15 |
15,8 |
Спен-20 |
|
8,6 |
8,5 |
Спен-40 |
|
6,7 |
6,6 |
Спен-60 |
|
5,9 |
5,7 |
Спен-80 |
|
4,3 |
5,0 |
Монолуарат пропилегликоля |
|
4,5 |
4,6 |
Дистеарат сорбитана |
|
3,5 |
3,9 |
Моностеарат глицерина |
|
3,8 |
3,7 |
Моностеарат пропиленгликоля |
|
3,4 |
1,8 |
Тристеарат сорбитана |
|
2,1 |
2,1 |
Цетиловый спирт |
|
1 |
1,3 |
Олеиловый спирт |
|
1 |
1 |
Тетрастеарат сорбитана |
|
0,5 |
0,3 |
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Метод Rimlinger. Этот автор, как и Davies, вводит различные групп овые числа или гидрофильные коэффициенты, которые представлены в табл. 15.4. Они были определены, с одной стороны, на основании результатов Griffin, а с другой, по этанольному показателю ПАВ. Этанольным показателем считалось количество этанола, необходимое, чтобы сделать изотропной эмульсию, образованную толуолом, водой и ПАВ.
Гидрофильные коэффициенты положительны для гидрофильных групп и отрицательны для липофильных. Для одной и той же группы их величина может быть различной и зависеть, например, от ее локализации в молекуле.
Для ПАВ данной структуры величина ГЛБ рассчитывается по формуле:
ГЛБ=10 + Σ |
(групповоечислогидрофильной части)+ |
(15.11) |
|
Σ (групповоечисло липофильной части) |
|||
|
|||
ГЛБ в системе Rimlinger является линейной функцией числа звеньев оксида этилена в молекуле ПАВ.
Цифры ГЛБ, рассчитанные по методу Davies, в ряде случаев значительно ниже, чем по методу Rimlinger. Это объясняется разными групповыми числами оксэтильных групп в этих системах.
Экспериментальные методы определения. Они распределены по сле-
дующим группам:
1.Методы, основанные на растворимости ПАВ: по растворимости ПАВ
вводе, по водному титрованию, по определению теплоты растворения ПАВ.
2.Хроматографические методы: хроматография на бумаге, газо- и жидкостная хроматография (по коэффициентам распределения, по индексам полярности ПАВ).
3.Методы, основанные на определении некоторых поверхностноактивных и коллоидно-мицеллярных свойств ПАВ: по коэффициентам межфазного натяжения, по коэффициентам растекания, по ККМ, по работе адсорбции.
4.По температуре помутнения растворов ПАВ.
5.По тестам эмульгирования и инверсии фаз эмульсий.
6.По диэлектрической константе.
7.По спектрам ЯМР.
8.Другие методы: титриметрический метод, основанный на миграции индикатора, мультирегрессиональный метод и др.
Система чисел ГЛБ дает возможность оценить область применения ПАВ
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
и возможные его свойства, позволяет систематизировать весьма путанные данные по эмульгирующим свойствам различных ПАВ и их смесей и способствует эффективной организации поиска оптимальных эмульгирующих составов. При этом суммарный ГЛБ смеси ПАВ можно рассчитать по формуле:
|
ГЛБсмесиПАВ= |
Х1ГЛБ1 + Х2ГЛБ2 |
; |
(15.12) |
|
|
|||
|
100 |
|
|
|
где |
Х1 и Х2 – процентное содержание первого и второго ПАВ в смеси; |
|||
ГЛБ1 |
и ГЛБ2 – гидрофильно-липофильный баланс первого и второго |
|||
эмульгатора.
Величина ГЛБ характеризует не только поверхностно-активное вещество, но и «требуемое» значение ГЛБ для масляной фазы, фактически то значение ГЛБ эмульгатора, который образует максимально устойчивую эмульсию с этой фазой. Это значение наиболее часто определяют по аддитивной схеме с помощью двух ПАВ, значения ГЛБ которых известны и которые обеспечивают наивысшую стабильность эмульсионной системы. Для каждой масляной фазы ха-
рактерно определенное значение числа ГЛБ. При этом значении образуется наиболее стабильная эмульсия, но так как имеется 2 типа эмульсий, в/м, м/в, то таких значений ГЛБ тоже должнобыть два. В табл.15.6 приведены полученные Гриффиным числа ГЛБ для некоторых масел, являющихся внешней или внутренней фазой эмульсий.
Таблица 15.6 Числа ГЛБ, при которых происходит эмульгирование липофильных веществ
Вещества липофильной природы |
Тип эмульсии |
|
(масляная фаза) |
вода/масло |
масло/вода |
Кислоты: |
|
|
Лауриновая |
- |
16 |
Линолевая |
- |
16 |
Олеиновая |
- |
17 |
Риценолевая |
- |
16 |
Стеариновая |
- |
17 |
Спирты: |
|
|
Цетиловый |
- |
13-15 |
Дециловый |
- |
14 |
Лауриловый |
- |
14 |
Тридециловый |
- |
14 |
Масла: |
|
|
Касторовое |
- |
14 |
|
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
||
|
|
|
|
|
Хлопковое |
- |
|
7,5 |
|
Парафиновое (тяжелое) |
4 |
|
10,5 |
|
Парафиновое (легкое) |
4 |
|
10-12 |
|
Петролят |
- |
|
7-8 |
|
Силиконовое |
- |
|
10,5 |
|
Воски: |
|
|
|
|
Пчелиный |
5 |
|
9 |
|
Карнаубский |
- |
|
14,5 |
|
Микрокристаллический |
- |
|
9,5 |
|
Ланолин безводный |
- |
|
12 |
|
Вазелин |
4 |
|
10,5 |
|
Парафин |
4 |
|
10 |
|
Из таблицы видно, что если вэмульсии с участие |
м легкого минерального |
|||
масла применен маслорастворимый эмульгатор с числом ГЛБ, равным 4, то получится стойкая эмульсия типа в/м. При участии же эмульгатора с числом ГЛБ 10-12 образуется тоже стойкая эмульсия, но обратного типа, м/в. Такая эмульсия может быть разбавлена водой без расслоения.
Когда речь идет о ГЛБ масла, прибавляется термин «требуемый» или«необходимый», так как «необходимое значение ГЛБ» означает, что необходимо создать определенный ГЛБ, присущий смеси эмульгаторов, при котором данное масло дает стабильную эмульсию.
Хотя по числам ГЛБ можно судить о том, является ли данное вещество эмульгатором, однако подходит ли он для стабилизации данной эмульсииеще неизвестно. Это еще зависит от химической природы эмульгатора, и помимо этого надо учитывать ряд технических и экономических соображений.
Зная величины ГЛБ отдельных компонентов эмульсии, можно рассчитать общее значение ГЛБ для данной системы. Величина ГЛБ, полученная в результате вычисления, показывает, что для эмульгирования данной системы необходим эмульгатор (или смесь эмульгаторов) с такой же величиной ГЛБ.
При нагревании растворов ПАВ прочность водородных связей оказывается недостаточной, чтобы удерживать молекулы воды у эфирных кислородный атомов эмульгаторов. Кроме того, с увеличением температуры происходит рост мицелл неправильной формы, что ограничивает их подвижность. Выше некоторой температуры наступает помутнение раствора и разделение фаз. Помутнение и разделение фаз является обратимыми процессами. При охлаждении эти явления исчезают. Растворимость оксиэтилированных соединений в воде свя-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
зана с образованием водородных связей между водой и оксиэтильной цепочкой. Энергия водородной связи, составляющая около 7 ккал/моль, недостаточно велика, чтобы удерживать присоединившуюся к оксиэтилированным веществам воду при нагревании. Поэтому при повышении температуры агрегаты ПАВ становятся все более крупными, пока при определенной температуре не появляется помутнение.
Температура помутнения является индивидуальной для каждого ПАВ и называется «точкой помутнения». Она зависит от длины оксиэтильной цепи и соотношения гидрофильной и гидрофобной частей в молекуле ПАВ. Найдена зависимость между температурой помутнения раствора и ГЛБ ПАВ (табл. 15.7).
Таблица 15.7 Зависимость между температурой помутнения и ГЛБ ПАВ
Температура помутнения (˚С) |
ГЛБ |
40 |
13 |
65 |
14 |
82 |
15 |
94 |
16 |
100 |
17 |
Недостатком этого метода является то, что не все ПАВ имеют точку помутнения. Кроме того, доказано, что соотношение между ГЛБ и температурой помутнения не всегда линейно.
Внастоящее время многие эмульгаторы, обеспечивающие высокую стабильность эмульсионных систем, отнесены к нежелательным и даже опасным компонентам современной номенклатуры фармацевтических и косметических препаратов. В значительной мере это относится к ПАВ, применение которых приводит к повреждению рогового слоя и раздражению слизистых оболочек.
Катионные ПАВ и мыла (анионные ПАВ природного происхождения) редко используются в качестве эмульгаторов, так как они являются самой частой причиной возникновения контактных дерматитов. К наиболее щадящим и безопасным относятся неионогенные ПАВ.
Всовременных рецептурах эмульсионных фармацевтических и косметических средств широко используют в качестве эмульгирующих добавок ПАВ неионогенного характера – производные жирных кислот и полимерных спиртов, жирные спирты, спирты ланолина и т.д. Оксиэтилирование таких производных придает им свойства гидрофильности и позволяет использовать в каче-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
стве гидрофильных ПАВ: оксиэтилированные эфиры жирных кислот и сорбитана (твины), оксиэтилированные эфиры жирных кислот и глицерина, оксиэтилированные ланолины и т.д.
Рациональное сочетание ПАВ с преобладанием гидрофильных и гидрофобных свойств лежит в основе создания т.н. эмульгирующих смесей, стабилизирующий эффект которых в отношении гетерогенных систем превышает эмульгирующую способность ПАВ одного вида. Это связано, прежде всего, с тем, что сочетание ПАВ различных типов дает возможность получить суммарное значение ГЛБ смеси ПАВ близкое к значению критического ГЛБ масляной фазы эмульсии, что в свою очередь повышает толщину адсорбционного слоя и соответственно повышает устойчивость эмульсий.
Вотличие от мазей, густых и собственно кремов, жидкие эмульсии характеризуются большей чувствительностью в плане физической стабильности, которая может быть обеспечена созданием в объеме дисперсионной водной среды формирующих консистенцию гелевых структур. Трехмерная пространственная сетка, способствующая стабилизации диспергированной масляной фазы в объеме водной среды, обеспечивается посредством введения полиморфных водорастворимых соединений и стабилизируется ПАВ.
Впрактике приготовления эмульсий использование системы ГЛБ оказывается весьма плодотворным, так как обеспечивается аргументированный выбор индивидуального эмульгатора или смеси эмульгатора и стабилизатора.
Для правильного использования системы ГЛБ необходимо проделать следующие этапы работы:
1.Определить «требуемое» значение ГЛБ для масляной фазы. Чаще всего это легко сделать простым расчетом, так как эти значения для тривиальных масел хорошо известны. Например, требуется приготовить эмульсию типа м/в следующего состава:
вазелиновое масло |
35 % |
ланолин |
1 % |
цетиловый спирт |
1 % |
эмульгатор |
7 % |
вода |
56 % |
Подсчитываем «требуемый» ГЛБ по правилу аддетивности:
Состав масляной фазы |
«Требуемый»ГЛБ |
Вычислено значение ГЛБ |
||
Вазелиновое масло |
94,6 % |
11 |
0.946x11 |
= 10,4 |
Ланолин |
2,7 % |
10 |
0,27x10 |
= 0,3 |
Цетиловый спирт |
2,7 % |
15 |
0,27x15 |
= 0,4 |
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
«Требуемое» значение ГЛБ масляной фазыравно 11,1 (10,4+0,3+0,4). Следовательно, для приготовления стабильного лекарственного средства нужен эмульгатор с числомГЛБ около 11.
Если для одного или несколько компонентов масляной фазы «требуемое» ГЛБ неизвестно, можно найти его одним из вышеописанных методов. Проще всего с помощью пары эмульгаторов, для этого достаточно испытать их действие на 6-7 образцах испытуемого масла с прибавлением к нему эмульгаторов в различных соотношениях, чем создается разное значение ГЛБ. Может оказаться, что все 6-7 эмульсий оказались стабильными или, наоборот, расслоившимися. В первом случае уменьшается общее количество прибавляемых эмульгаторов, во втором увеличивается.
2.После нахождения «требуемого» для масла ГЛБ и подбора эмульгатора с близким значением ГЛБ, необходимо еще подобрать эмульгатор по химическому типу. Из практики известно, что эмульгаторы различной химической природы, имеющие одинаковые значения ГЛБ, неодинаково пригодны для приготовления данной эмульсии. Однако нет правил, по которым можно было бы сразу подобрать эмульгатор нужной химической природы.
Скорее известны ограничения, когда тот или иной эмульгатор непригоден для стабилизации данной эмульсии. Например, известно, что мыла не применимы в кислой среде, эфиры омыляются в щелочной среде, ионогенные эмульгаторы непригодны при наличии веществ противоположного ионного заряда и т. д.
3.Очень часто для стабилизации эмульсии применяют не индивидуальный эмульгатор, с подходящим значением ГЛБ, а смесь эмульгаторов 1-го и 2-го рода. С первого взгляда может показаться странным, для какой цели водну и ту же эмул ь- сию вводят два эмульгатора противоположного типа. Неприведёт ли это к обращению фаз и распаду эмульсии? Антагонистическое действие эмульгаторов, конечно, может проявиться, если применяются такие количества эмульгаторов, три которых возможна инверсия, или полная взаимная нейтрализация эмульгирующего действия. Если же подобрать смесь эмульгаторов по принципу аддитивного сложения их значений ГЛБ, то можно с большой точностью найти два значения ГЛБ, одно из котрых отвечает эмульсии м/в, а другое– эмульсии в/м. Применяя смеси эмульгаторов разного типа, при значении ГЛБ, равном 4,8, получают стойкую эмульсию типа в/м. Стойкую эмульсию типа м/в получают при ГЛБ, равном 10.
Пользуясь аддитивностью значений ГЛБ, нетрудно рассчитать необходимые количества каждого эмульгатора. Еще проще применять для расчета вспомогатель-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ные карты. На прямой линии, соединяющей значенияГЛБ двух намеченных для использования эмульгаторов, опускают перпендикуляр на ось состава и через точку пересечения перпендикуляра с соединительной линией проводят прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с ординатой. Значение ГЛБ смеси данного состава указано на ординате.
В применении смеси эмульгаторов есть еще два преимущества: во-первых, можно влиять на консистенцию эмульсии и, во-вторых, по мнению Шульманаи Кокбейна, эмульсии потому стабилизируются смесями эмульгаторов, что на межфазной поверхности образуются внутримолекулярные комплексы между обоими эмульгаторами, один из которых растворен в воде, а другой– в масле. Они полагают, что в этом случае поверхностное натяжение понижается в большей мере, чем при использовании одного эмульгатора.
4. Перечисленных трех этапов обычно достаточно для правильного выбора одного дли двух эмульгаторов, но иногда необходимо учесть некоторые возможные осложнения. Дело в том, что в эмульсии, помимо фаз и эмульга тора, часто помещают различные вещества в качестве загустителей, корригентов и др. Некоторые из этих веществ, если они растворимы в воде, как, например, глицерин, сорбит, гликоли практически не оказывают влияния на «требуемое» значение ГЛБ, так как в реце п- туре находится много воды. Другие же вещества могут играть двойную роль: эмульгатора и масляной фазы. Например, стеариновая кислота, ланолин, холестерин, пчелиный воск, глицеринмоностеарат, цетиловый спирт и многие другие вещества одновременно являются масляной фазой и стабилизатором эмульсии. В этих случаях расчет «требуемого» ГЛБ по масляной фазе, без учета внесенного второго эмульгатора, становится неточным. Учесть же участие второго эмульгатора в суммарном значении ГЛБ масляной 'фазы невозможно, так как неизвестно, какая часть его действует в качестве эмульгатора, и какая служит масляной фазой.Значения ГЛБ для спенов и твинов, оксиэтилированных кислот и спиртов, глицеридов и других классов поверх- ностно-активных веществ приведены нами в разделе неионных ПАВ.
Помимо системы Гриффина существует иная система ГЛБ, предложенная Гринвалдом, Брауном и Финеманом и названная ими «водными индексами». Смысл этой системы сводится к тому, что ряд ПАВ растворяется всмеси гидрофильного и липофильного растворителей, растворы титруются водою до наступления плотной мутности. Чем гидрофильнее ПАВ, тем больше его водный индекс. Левитская, Трунова и Глузман нашли линейную зависимость водных индексов от значений ГЛБ по Гриффинудляоисиэтилированных спиртов шерстного воска.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
15.5. ТЕХНОЛОГИЯ ЭМУЛЬСИЙ НА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Независимо от того, готовится ли эмульсия в лабораторных условиях встряхиванием в колбе, растиранием в ступке, на эмульгаторе лабораторного типа или в масштабе промышленного производства с применением различных аппаратов для эмульгирования, во всех случаях на создание эмульсии требуется затрата энергии, необходимой для разбивки жидкости на мелкие капельки и диспергирования их в среде другой жидкой фазы. В большей мере величина этой энергии зависит от поверхностного натяжения, чем оно больше, тем больше энергии нужно затратить для эмульгирования. При очень низких значениях поверхностной энергии возможно самопроизвольное эмульгирование.
Тип образуемой эмульсии, т.е. образуется ли в данных условиях эмульсия м/в или в/м, зависит от состава прописи, подлежащей эмульгированию: количественного соотношения объемов масляной и водной фаз, природы эмульгатора и т. д. Обычно, природа эмульгатора сказывается в том смысле, что водорастворимые эмульгаторы с высоким значением ГЛБ служат эмульгаторами первого рода, образуя эмульсии типа м/в; маслорастворимые эмульгаторы с низким значением ГЛБ способны образовать эмульсии второго рода, типа в/м. Некоторые эмульгаторы умеренной растворимости в воде и масле с промежуточным значением ГЛБ могут образовать эмульсии обоих типов. Кроме того, в зависимости от условий, в первую очередь, от способа смешивания фаз, эмульгатор одного рода может образовать эмульсию противоположного типа. Хорошо известным примером может служить молоко и масло, эмульгируемые одним и тем же эмульгатором, но молоко это эмульсия м/в, а масло – в/м.
На стабильность эмульсий значительное влияние оказывает способ их приготовления, особенно порядок смешивания фаз. Имеется несколько мето-
дов смешивания масляной и водной фаз.
Метод 1. Добавление внутренней фазы к внешней
Наиболее удовлетворительный метод приготовления эмульсий заключается в постепенном прибавлении внутренней фазы к внешней. Если внешняя фаза вода, а внутренняя – масло, то водорастворимые вещества растворяют в воде, а маслорастворимые в масле, и масляный раствор малыми порциями при сильном перемешивании вливается в водный раствор. Можно внутреннюю фазу прибавлять не малыми порциями, а тонкой беспрерывной струей. В обоих
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
случаях внешняя фаза будет все время в избытке, что обеспечивает получение желаемого типа эмульсии.
Часто поступают иначе: в водную фазу вливают не всю требуемую по расчету воду, а половину или большую часть. В этом случае получается эмульсия с высокой вязкостью и при диспергировании достигается больший эффект измельчения. После этого добавляется остаточное количество воды для разбавления эмульсии до нужной консистенции.
Важно проследить за тем, чтобы все маслорастворимые продукты и масляная фаза были диспергированы до однородности всех ингредиентов. Если это не будет достигнуто, то, помимо низкого качества неоднородной эмульсии, к ней трудно будет что-либо прибавлять. С внешней фазой в этом смысле встр е- чается меньше затруднений: к готовой эмульсии можно при необходимости добавлять водорастворимые компоненты. Надо, помнить, что если в эмульсии уже распределены сильные электролиты, прибавление новых порций может вызвать разделение фаз, иногда частичное. Поэтому всегда желательно все водорастворимые ингредиенты растворить в воде до образования эмульсии.
Если процесс эмульгирования надо вести при повышенной температуре, а некоторые ингредиенты термолабильны или летучи, то нет иного выхода, помимо растворения этих веществ в небольшом количестве воды и добавления раствора к уже остывшей эмульсии.
Для приготовления эмульсии типа в/м поступают таким же образом: водорастворимые вещества растворяют в воде, маслорастворимые в масле и добавляют постепенно при перемешивании водный раствор к масляной фазе.
Если эмульсия готовится простым встряхиванием, важно, чтобы ее стенки были смочены внешней фазой, в противном случае может наступить обращение фаз эмульсии. Поэтому, при приготовлении эмульсии типа м/в надо проследить, чтобы стенка была смочена водой, а при изготовлении эмульсии в/м – маслом. Надо также избегать смачивания стенок каплями внутренней фазы.
Метод 2. Добавление внешней фазы к внутренней
Если для получения эмульсии м/в внешнюю водную фазу прибавлять к внутренней масляной, последняя будет в избытке, что, как уже говорилось, способствует образованию эмульсии в/м. Со многими эмульгаторами это действительно имеет место, но при дальнейшем прибавлении воды произойдет обращение фаз и образуется эмульсия м/в.
Недостаток этого метода заключается в том, что в некоторых случаях об-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ращения фаз может не наступить, тем не менее, метод широко используется в фармации и косметологии для получения эмульсии м/в, особенно когда применяются такие сильные гидрофильные эмульгаторы, как аравийская камедь, трагакант, метилцеллюлоза или альгинаты. При смешивании этих эмульгаторов с маслом они хорошо диспергируются без набухания. По мере прибавления воды образуется однородная водная слизь без хлопьев, которая и является эмульсией м/в. Этот способ под названием «метод сухой камеди» рекомендуется Британской фармакопеей и Британским фармацевтическим кодексом для приготовления эмульсий с аравийской камедью. Благодаря большой гидрофильности камеди опасности обращения фаз нет, и для приготовления малых количеств эмульсий это удобный и быстрый метод. Надо только избегать наиболее частых ошибок: большой продолжительности перемешивания камеди с маслом и работы во влажном реакторе.
Этот же метод пригоден для получения эмульсий типа в/м, но для этого нужно диспергировать в воде сильно гидрофобный эмульгатор.
Метод 3. Смешивание обеих нагретых фаз
Этот метод обычно применяется для эмульсий, содержащих воски или другие вещества, требующие предварительного плавления. Воски и масла сплавляются с эмульгатором, если он маслорастворимый и должен быть переведен в жидкое состояние. Вода вместе с растворенными в ней ингредиентами нагревается на несколько градусов выше температуры масляной фазы, обе фазы смешиваются и диспергировании до полного охлаждения. Имеет малое значение, добавляется ли водная фаза к масляной или, наоборот. На практике обычно прибавляют теплый водный раствор к расплаву масел. Очень существенно, чтобы температура обеих фаз была приблизительно одинакова во избежание кристаллизации воска или других продуктов, начинающейся при контактировании с холодной водой. По этой причине водный раствор нагревают несколько выше температуры фазы. Полученную эмульсию нужно оставить для медленного охлаждения во избежание образования чешуйчатости. Сильного диспергирования на этой стадии следует избегать для предотвращения аэрации.
Метод 4. Попеременное прибавление обеих фаз к эмульгатору
По этому способу, если желают получить эмульсию м/в, добавляется некоторое количество масла к раствору эмульгатора, тщательно диспергируется и прибавляется равное количество воды. После растирания до нужной консистенции продолжают попеременное прибавление масла и воды в течение 3-4-х
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
приемов, пока образуется хорошая эмульсия. Достоинство этого метода заключается в том, что три таком попеременном добавлении отдельных фаз образуются мелкодисперсные эмульсии, так как эмульсия все время остается концентрированной, особенно поддерживается высокая концентрация эмульгатора. Метод часто употребляется, когда эмульгатором служит мыло, в частности, триэтаноламиновое мыло, но все же он уступает вышеизложенным методам.
Метод 5. Эмульгирование осаждением
При выливании раствора масла в спирте в большой объем воды может образоваться эмульсия, так как масло выделяется в виде мелких шариков, легкоэмульгируемых в воде. Если в исходном спиртовом растворе или в воде еще содержится эмульгатор, это создает добавочные преимущества для стабилизации эмульсии.
Этот способ эмульгирования находит применение для специальных целей, например, для экстемпорального разбавления антисептиков и дезинфектантов. Раствор хлороксиленола, описанный в Британской фармакопее, содержит хлорксиленол и терпинеол, растворенный в разбавленном спирте, и рицинолеат калия. Если этот раствор вылить в 20-и кратный объем воды образуется белая эмульсия, из которой в течение 24 часов не выделяются ни капли масла, ни кристаллы. Рицинолеат калия образуется при взаимодействии рицинолевой кислоты с точно рассчитанным количеством едкого кали.
Эмульгирование осаждением используется для получения водного раствора ароматных вод. При выливании раствора эфирного масла в большой объем воды масло растворяется на большой поверхности, образуя эмульсию, не нуждающуюся в стабилизации с помощью эмульгаторов.
Влияние температуры на стабильность эмульсий. Температура оказыва-
ет влияние на стабильность эмульсий в противоположных направлениях: с одной стороны, при повышении температуры уменьшается вязкость смеси и увеличивается подвижность дисперсных частиц. Оба эти фактора способствуют расслоению эмульсии и коалесценции частиц. Повышение температуры вызывает потерю летучих компонентов и разложение термолабильных веществ. С другой стороны, повышение температуры снижает поверхностное натяжение и вызывает увеличение растворимости эмульгатора, что ведёт к повышению стабильности. Для некоторых систем существует критическая температура, при которой эмульгатор, имевший при обыкновенной температуре достаточную гидрофильность, становятся гидрофобным, что ведет к обращению фаз. Для
|
|
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
||
многих эмульгаторов известна оптимальная температура, выше которой может |
|||||
наступить расслоение, особенно когда речь идет о таких эмульгаторах, как гид- |
|||||
рофильные коллоиды, эмульгирующая способность которых сильно зависит от |
|||||
вязкости водной фазы. Повышение температуры для таких эмульсий связано с |
|||||
ее разрушением. Поэтому в жаркую погоду надо охлаждать реактор, когда в ка- |
|||||
честве эмульгатора применяется аравийская камедь, в противном случае полу- |
|||||
чится грубозернистая эмульсия. |
|
|
|
|
|
Воски или воскоподобные вещества, входящие в эмульсию, должны |
|||||
предварительно расплавляться, но ни в коем случае не допустим перегрев бо- |
|||||
лее, чем на несколько градусов выше температуры плавления твердого воска. |
|||||
Поэтому плавить надо только на водяной или паровой бане. Воск затем прогре- |
|||||
вают с остатком масла и смешивают с нагретой до той же температуры водной |
|||||
|
фазой. Несоблюдение этого приема является |
||||
|
частой причиной ошибок. |
|
|
||
|
Для получения однородных эмульсий |
||||
|
в заводских условиях часто используют ва- |
||||
|
куумные |
турбоэмульсификаторы |
серии |
||
|
AXOMIX (фирмы «Axomatic», Италия), |
||||
|
смесители-гомогенизаторы фирм «OLSA», |
||||
|
«Pietro Pellegrini S.r.l», Италия, проточно- |
||||
|
кавитационный |
смеситель-гомогенизатор |
|||
|
производства НПО «Техэнергохимпром», |
||||
|
Украина и др. |
|
|
|
|
|
При |
необходимости |
стерилизовать |
||
|
эмульсии при высокой температуре следует |
||||
Рис. 15.5. Схема реактора- |
помнить, что это опасно для ее стабильно- |
||||
сти, и должно быть принято во внимание |
|||||
гомогенизатора фирмы «OLSA»: |
строение эмульгатора, так как, например, |
||||
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – мешалка |
|||||
рамная; 4 – мешалка лопастная; 5 – |
сульфоэтерифицированные спирты склонны |
||||
мешалка турбинная; 6 – люк |
к гидролизу при повышенных температурах. |
||||
|
|||||
15.6. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЭМУЛЬСИЙ
Оценку качества эмульсий проводят на основании требований ДФУ по следующим показателям: содержание действующих веществ, однородность
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
частиц дисперсной фазы, стабильность, тип эмульсии, консистенция, рН.
Стабильность – один из основных показателей, характеризующих качество эмульсионных систем. В них не должна отделяться масляная или водная фаза в течение гарантийного срока хранения, а также при изменении температуры окружающей среды в интервале минус 10 ºС до плюс 40 ºС.
Устойчивость эмульсий как коллоидных дисперсных систем является преимущественно кинетическим понятием, так как в термодинамическом смысле все дисперсные системы, как правило, неустойчивы. Это объясняется значительным избытком свободной энергии в поверхностных межфазных слоях.
В эмульсиях могут протекать два основных процесса, ведущих к нарушению стабильности: коагуляция или коалесценция. При коагуляции частицы дисперсной фазы слипаются без разрыва межфазных слоев и образуют агрегаты, которые всплывают на поверхность в виде слоя, обогащенного дисперсной фазой (так называемые сливки). Во время встряхивания агрегаты разрушаются и эмульсия вновь становится однородной. При коалесценции частицы сливаются друг с другом в результате разрыва межфазных слоев и происходит выделение одной из фаз. При встряхивании стабильность эмульсии в этом случае не восстанавливается.
Оба процесса протекают в течение определенного времени, поэтому о стабильности можно судить после продолжительного срока хранения.
Методы определения устойчивости эмульсий делят на длительные (испытанные в условиях, в которых они хранятся) и ускоренные. Первые имеют большое значение для исследования стабильности новых препаратов.
Для установления стабильности эмульсий в отечественной промышленности используют два метода. Первый заключается в определении коллоидной стабильности путем центрифугирования, второй – в определении термостабильности при различных температурах.
Определение коллоидной стабильности эмульсий методом центрифу-
гирования. Крем считается устойчивым, если после центрифугирования в пробирках не наблюдается выделения масляной или водной (расслоение и выделение осадка). Если даже в одной пробирке наблюдается расслоение или выделение осадка, то повторяют испытание с новыми порциями. Образец считается нестабильным, если при повторном анализе будет замечено расслоение его или выделение осадка хотя бы в одной из пробирок.
Определение термостабильности. При определении 5-6 пробирок на-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
полняют 6-10 мл исследуемого образца и помещают их в термостат температурой 40-45 ºС на 7 суток. Затем эти образцы переносят на 7 суток в холодильник температурой 10-12 ºС, после чего крем в течение 3 суток выдерживают при комнатной температуре. Стабильность определяют визуально: если в одной из пробирок не наблюдается расслоения, то считается термостабильным.
Дисперсионный анализ. При определении свойств эмульсионных систем дисперсность является основной характеристикой. Дисперсность эмульсий измеряется величиной диаметра частиц дисперсной фазы. Диаметр частиц (глобул) в эмульсиях обычно составляет 0,1-10 мкм. Задача дисперсионного анализа состоит в том, чтобы установить размеры частиц, имеющихся в данной эмульсии, и их фракционный состав. Степень дисперсности эмульсий служит важным показателем, так как определяет их стабильность и консистенцию.
В настоящее время наибольшее распространение находит микроскопический метод. Под микроскоп с помощью окуляр микрометра устанавливают диаметр не менее 100 частиц и затем вычисляют содержание каждой фракции в эмульсиях. Для облегчения подсчета применяют окрашивание дисперсной фазы с помощью водорастворимых красителей (метиловый голубой или метиловый оранжевый). Этим методом можно определить дисперсионный состав эмульсионных кремов типа м/в. Для эмульсионных кремов типа вода/масло, обладающих сложной коллоидной структурой, этот способ непригоден.
Определение степени дисперсности эмульсий типа м/в. Для облегчения процесса микроскопирования при дисперсном анализе снижают концентрацию дисперсной фазы. Эмульсии, содержащие 15 % масляной фазы, разводят очищенной водой в соотношении 1:100, 20 %-вые – в соотношении 1:200, 30 %-ные
– в соотношении 1:300 и т.д. В камеру Горяева с плотно притертым покровным стеклом пипеткой вводят исследуемый образец и помещают ее под объективом микроскопа и определяют размер частиц.
Метод разбавления и окрашивания. Метод разбавления заключается в следующем: несколько капель исследуемого образца эмульсии вносится в воду. Если крупные капли быстро превращаются в мелкие и последние распространяются по поверхности воды или вокруг капель образуется мутный слой, то исследуемая система считается эмульсией І типа.
Если эмульсия прилипает к шпателю и с труд ом или совсем не распространяется в воде, образуя не смачиваемые глобулы, то она относится к системе ІІ типа. Данный метод не надежен: эмульсии ІІ типа могут частично распреде-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ляться в воде, если они содержат поверхностно-активные вещества, например натрий лаурилсульфат. Вблизи критической точки обращения фаз или в случае множественных эмульсий такой метод не дает точного результата.
Метод окрашивания, широко используемый на практике, основан на том, что капля раствора малорастворимого красителя (например, судан ІІІ) осторожно наносится на поверхность исследуемой эмульсии. Если внешней фазой эмульсии служит масло, то капля растекается по поверхности и происходит достаточно быстрое окрашивание фазы. Отсутствие растекания и окрашивания указывает на то, что эмульсия принадлежит к системам І типа. Аналогичное окрашивание проводят с водорастворимым красителем (метиловый голубой или метиленовый оранжевый).
В последнее время перечисленные методы определения типа эмульсии вытесняются кондуктометрическим методом, основанным на различной электропроводности фаз. Масляная фаза обладает малой электропроводностью, в то время как вода является хорошим проводником электричества. Поэтому эмульсии типа вода/масло имеют значительно более низкую электропроводность (10-9
– 10-10 см-1см-1) по сравнению с эмульсиями І типа (10-3 – 10-4 см-1см-1). Определение рН. Для определения рН в эмульсионных системах приме-
няют индикаторный и потенциометрический методы. Последний позволяет установить рН с точностью до сотых долей.
В эмульсионных системах типа м/в рН устанавливают непосредственно в исследуемых образцах.
В эмульсиях типа в/м определяют рН водной вытяжки. К 20 г исследу е- мого образца приливают 80 мл очищенной воды и смесь при тщательном перемешивании нагревают до 80 ºС, пока не наступит полное разрушение эмульсии. В охлажденной до 25 ºС и декантированной водной вытяжке рН измеряют по методике, приведенной выше.
Определение консистенции. Помимо основного назначения – оказывать благоприятное действие на кожу, эмульсионные системы должны легко на нее наносится, быстро впитываться, свободно выдавливаться из туб. Эти свойства во многом зависят от консистенции, которая является одним из наиболее важных показателей, определяющих их потребительское достоинство. По данным дерматологов, от консистенции зависит скорость проникновения в кожу биоло- гически-активных веществ.
Особое значение имеет консистенция для эмульсионных систем типа в/м,
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
содержащих значительное количество структурообразующих веществ, а также для жидких эмульсий. Очень плотные структуры типа в/м с трудом выдавливаются из туб, требуют значительных усилий при нанесении на кожу и вызывают ее растяжение.
15.7. ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА СУСПЕНЗИЙ
Суспензионные лекарственные формы в дисперсологической классификации лекарственных форм относят к свободнодисперсным системам с жидкой дисперсионной средой.
В коллоидной химии понятие дисперсности включает широкую область размеров частиц: от больших, чем молекулы, до видимых невооруженным глазом, т.е. от 10-7 до 10-2 см. Системы с размерами частиц менее 10-7 см не относятся к коллоидным системам и образуют истинные растворы. Высокодисперсные или собственно коллоидные системы включают частицы размером от 10-7 до 10-4 см (от 1 мкм до 1 нм). В общем случае, высокодисперсные системы называют золями (от лат. Solutio – раствор). Грубодисперсные системы носят название суспензий и эмульсий, в зависимости от характера дисперсной фазы – размер их частиц более 1 мкм.
Суспензии представляют собой микрогетерогенные дисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Граница раздела фаз в таких системах видна невооруженным глазом. Размеры частиц в суспензиях не превышают 100 мкм. В фа рмацевтических суспензиях размер частиц колеблется в пределах 30-50 мкм.
Суспензии классифицируют для внутреннего, наружного и парентераль-
ного применения. Последние вводятся в организм только внутримышечно. Не допускается изготовление суспензий, содержащих сильнодействующие и ядовитые вещества, из-за неточного дозирования данной лекарственной формы.
С точки зрения биофармации, суспензии как лекарственная форма, имеют преимущества по сравнению с другими лекарственными формами, вследствие реализации ряда фармацевтических факторов, таких как: физическое состояние лекарственного вещества, вспомогательные вещества и другие. Физическое состояние лекарственного вещества, в частности, степень его измельчения и вспомогательные вещества влияют на скорость растворения, биодоступность, метаболизм лекарственных веществ.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
В лекарственных веществах в форме суспензий лекарственные вещества находятся в тонко измельченном виде и в присутствии ряда вспомогательных веществ, что дает суспензиям ряд преимуществ по сравнению с другими лекарственными формами (порошками и таблетками):
•Введение нерастворимых веществ в мелкодисперсном состоянии в жидкую дисперсионную среду дает возможность получить большую поверхность твердой фазы и обеспечить тем самым лучший терапевтический эффект. Например, сульфадиметоксин микронизированный (3-12 мкм), вводимый животным в виде 2% водной суспензии из расчета 500 мг/кг, всасывался в кровь значительно быстрее по сравнению с лекарственным веществом, отвечающем требованиям нормативно-технической документации. Его максимальная концентрация через 1-2 ч составляла 18,5-21,9 мг/л, в то время как в контрольной группе максимальный уровень сульфадиметоксина в крови достигался через 4 ч
исоставлял 5 мг/л.
•Лекарственные вещества в форме суспензий обладают, как правило, пролонгированным действием по сравнению с растворами. В качестве примера можно привести такой лекарственный препарат, как суспензия цинк-инсулина. Этот препарат оказывает фармакологический эффект в течение 24-36 ч по сравнению с растворами инсулина, действие которых заметно только в течение не более 6 ч.
•В некоторых случаях при назначении лекарственных веществ в форме суспензий снижается отрицательное воздействие желудочного сока на лекарственные вещества.
Суспензии, как и другие гетерогенные системы, характеризуются кине-
тической (седиментационной) и агрегативной (конденсационной) неустойчивостью.
Кинетическая (седиментационная) устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц по всему объему дисперсной фазы. Суспензии являются кинетически неустойчивыми системами. Частицы суспензий по сравнению с истинными и коллоидными растворами имеют довольно крупные размеры, которые под воздействием силы тяжести обладают способностью к седиментации, т.е. опускаются на дно или всплывают, в зависимости от относительной плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
Кинетическая устойчивость в дисперсных системах характеризуется законом Стокса:
υ = |
2r2 |
(d −d |
|
)g |
, |
(15.13) |
|
1 |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
9η |
|
|
|
|
где х – скорость оседания частиц, м/с; r – радиус частиц, м;
d1 – плотность дисперсной фазы, г/м3; d2 – плотность среды, г/м3;
η – вязкость среды, Па·с;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Закон Стокса применим для монодисперсных систем, в которых частицы имеют сферическую форму. В суспензиях, где частицы не имеют сферической формы и процесс седиментации более сложен, закон Стокса описывает процесс седиментации лишь в приближенном виде. Исходя из формулы Стокса, скорость седиментации прямо пропорциональна квадрату радиуса частиц, разности плотностей фазы и среды, а также обратно пропорциональна вязкости среды. Следовательно, для уменьшения скорости седиментации, т.е. для повышения седиментационной устойчивости суспензии можно использовать следующие методы:
1.Выбор дисперсионной среды с плотностью, равной или близкой к плотности лекарственного вещества;
2.Уменьшение размеров частиц за счет более тонкого измельчения лекарственного вещества;
3.Выбор дисперсионной среды с высокой вязкостью.
В условиях заводского производства выбор дисперсионной среды, близкой по плотности к плотности лекарственного вещества, выбор среды с высокой вязкостью зачастую невозможен, так как состав лекарственного препарата строго регламентирован соответствующими нормативными документами (Государственная Фармакопея, фарм. статьи, временные фарм. статьи, технические условия). Обычно для повышения седиментационной устойчивости суспензий используется второй метод – уменьшение размеров частиц лекарственного вещества за счет более тонкого его измельчения.
Малый размер частиц лекарственного вещества обусловливает их большую удельную поверхность, что приводит к увеличению свободной поверхностной энергии. Измельчение частиц до бесконечно малых размеров невозможно (2- ой закон термодинамики). Из следствия этого закона, свободная поверхностная
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
энергия частицы стремится к минимуму. Уменьшение свободной поверхностной энергии может происходить за счет агрегации (слипания, объединения) частиц.
Агрегативная (конденсационная) устойчивость – это способность час-
тиц дисперсной фазы противостоять агрегации (слипанию). Агрегационная устойчивость частиц обеспечивается наличием на их поверхности электрического заряда (вследствие диссоциации, адсорбции ионов и пр.). Препятствуют агрегации также наличие на частицах оболочки из ВМС, ПАВ, сольватной оболочки.
При большом запасе поверхностной энергии в суспензиях может происходить процесс флокуляции (осаждения дисперсной фазы в виде конгломератов
– флокул), при котором вследствие уменьшения агрегативной устойчивости уменьшается кинетическая устойчивость суспензии. Восстановить дисперсную систему в таком случае удается путем взбалтывания. Флокулы по своей физи- ко-химической структуре могут быть аморфные (плотные, творожистые, хлопьевидные, волокнистые) и кристаллические. В последнем случае восстановить дисперсную систему взбалтыванием не удается.
Для повышения агрегативной устойчивости суспензий необходимо обеспечить наличие на поверхности частиц лекарственного вещества электрических зарядов, что достигается добавлением в суспензию вспомогательных веществ. В качестве вспомогательных веществ (стабилизаторов) при получении суспензий используются ВМС, ПАВ и др.
Механизм стабилизирующего действия ПАВ и ВМС заключается в том, что они адсорбируются на поверхности твердых частиц лекарственного вещества и, вследствие дифильности ПАВ (т.е. наличия полярной и неполярной частей в молекуле) и наличия диполей (положительного и отрицательного заряда) в молекуле ВМС. Молекулы стабилизатора ориентируются на границе раздела фаз таким образом, что своей полярной (или заряженной) частью они обращены к полярной фазе, а неполярной частью – к неполярной, образуя, таким образом, на границе раздела фаз мономолекулярный слой. Вокруг этого слоя ориентируются молекулы воды, образуя гидратную оболочку, при этом снижаются силы поверхностного натяжения на границе раздела фаз, что ведет к повышению агрегативной устойчивости суспензии.
Для повышения устойчивости при хранении изготавливаемых в условиях заводского производства суспензий, таким образом, можно использовать два способа: максимальное измельчение лекарственного вещества и введение специально подобранных вспомогательных веществ (стабилизаторов).
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
15.8. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СУСПЕНЗИЙ
Существует два метода получения суспензий: дисперсионный и конденсационный. Дисперсионный способ получения суспензий основан на измельчении частиц лекарственного вещества механическими способами, с помощью ультразвука и другими. При получении суспензии дисперсионным методом учитывают степень гидрофильности или гидрофобности лекарственного вещества, вводимого в состав суспензии. Конденсационный способ получения суспензий основан на замене растворителя; при этом к дисперсионной среде, в которой лекарственное вещество нерастворимо, добавляют раствор лекарственного вещества в растворителе, который смешивается с дисперсионной средой.
Получение суспензий на крупных фармацевтических предприятиях осу-
ществляется различными способами:
1.Интенсивным механическим перемешиванием с помощью быстроходных мешалок и роторно-пульсационных аппаратов.
2.Размолом твердой фазы в жидкой среде на коллоидных мельницах.
3.Ультразвуковым диспергированием с использованием магнитострикционных и электрострикционных излучателей.
4.Конденсационным способом.
Конденсационный метод получения суспензий в условиях заводского производства обычно используется редко; этим способом пользуются, в основном, в условиях аптечного производства.
15.8.1.Технология изготовления суспензий дисперсионным методом
При получении суспензий дисперсионным методом наиболее пристальное внимание относят к измельчению лекарственного вещества, так как именно этот фактор в наибольшей степени влияет на устойчивость образующейся суспензии.
При изготовлении суспензии этим методом лекарственное вещество (твердая фаза) предварительно измельчают до мелкодисперсного состояния на специальных машинах, готовят концентрированную суспензию перемешиванием в с месителях, затем многократно диспергируют на коллоидных мельницах или ультразвуковых установках. Для «сухих» суспензий, представляющих собой смесь лекарственного и вспомогательных веществ, образующих суспензию после добавления воды (в аптечных или домашних условиях), каждый ингреди-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ент измельчают отдельно и просеивают через тонкое сито. После смешения ингредиентов во избежание расслоения смесь вновь просеивают.
Диспергирование с помощью турбинных мешалок. Для механического диспергирования могут применяться пропеллерные и турбинные мешалки закрытого и открытого типов. Пропеллерные мешалки создают круговое и осевое движение жидкости со скоростью 160-1800 об/мин и применяются для маловязких систем. В процессе перемешивания часто используют вакуум для удаления воздуха, который понижает устойчивость суспензии. Более тонко диспергированные и стойкие эмульсии можно получить с помощью турбинных мешалок, которые создают турбулентное движение жидкости.
Мешалки открытого типа представляют собой турбины с прямыми, наклонными под разными углами или криволинейными лопастями.
Мешалки закрытого типа – это турбины, установленные внутри неподвижного кольца с лопастями, изогнутыми под углом 45-900. Жидкость входит в мешалку в основании турбины, где расположены круглые отверстия, и под действием центробежной силы выбрасывается из нее через прорези между лопастями кольца, интенсивно перемешиваясь во всем объеме реактора. Скорость вращения турбин в таких мешалках составляет 1000-7000 об/мин. Видео
Диспергирование с помощью роторно-пульсационных аппаратов. В
промышленной технологии суспензионных препаратов широкое распространение нашли роторно-пульсационные аппараты. В последнее время появилось много зарубежных и отечественных конструкций РПА различных типов – погружного, вмонтированного и проходного (проточного) типов.
РПА погружного типа обычно выполняются в виде мешалок, помещаемых в емкость с обрабатываемой средой. Для повышения эффективности перемешивания погружных РПА иногда устанавливают дополнительно к имеющимся мешалкам других типов (например, якорный).
Погружные РПА серийно выпускаются отечественной промышленностью под названием гидродинамических аппаратов роторного типа, а также рядом зарубежных фирм. Несмотря на конструктивную простоту погружных РПА, они не обеспечивают достаточно однородной обработки всей массы продукта.
Наибольшее распространение получили РПА проточного типа, рабочие органы которых смонтированы в небольшом корпусе, имеющем патрубки для входа и выхода обрабатываемой среды. При этом в большинстве конструкций обрабатываемая среда поступает по осевому патрубку во внутреннюю зону
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
устройства и движется в нем от центра к периферии. Известны конструкции РПА, в которых обрабатываемая среда движется в обратном направлении, перемещаясь от периферии к центру. При таком движении степень турбулизации потока возрастает, одновременно с этим повышаются гидравлическое сопротивление аппарата, затраты электроэнергии и разогрев обрабатываемой среды. Отдельные модификации РПА могут иметь рабочие камеры с различным направлением движения потока.
РПА различных типов могут быть выполнены с вертикальным или горизонтальным приводным валом. Вертикальный вал имеет большинство погружных РПА, а также некот орые проточные РПА. Большинство проточных РПА выполняются с горизонтальным валом.
По количеству рабочих камер РПА могут быть однокамерными и многокамерными. Однокамерные аппараты имеют два диска с концентрическими рядами зубьев или цилиндрами с прорезями. Один или оба диска вращаются. В многокамерных аппаратах имеется более двух дисков с зубьями или перфорированными цилиндрами, в результате чего образуется две или более зоны активной обработки среды.
Кроме основных рабочих органов (цилиндров с прорезями, дисков), РПА могут иметь дополнительные рабочие органы, предназначенные для повышения эффективности их работы. Часто в качестве дополнительных элементов используют лопасти-ножи, устанавливаемые на роторе, статоре или корпусе. Лопасти на роторе позволяют значительно улучшить напорно-расходные характеристики РПА, повысить эффективность обработки потока во внутренней зоне и создать дополнительные ступени обработки. Повышение эффективности РПА может быть достигнуто за счет установки в рабочем пространстве дополнительных рабочих органов, не связанных жестко с основными органами. В этом случае используют диспергирующие и другие дополнительные тела, обеспечивающие повышение эффективности диспергирования и степени турбулизации потока. Наличие инертных тел – шаров, бисера, колец и др., приводит к дополнительной интенсификации проводимых процессов измельчения.
Значительно повышается эффективность диспергирования в РПА с увеличением концентрации суспензии, так как при этом измельчение происходит не только за счет РПА, но и путем интенсивного механического трения частиц дисперсной фазы друг с другом.
Диспергирование с помощью мельниц. Для получения суспензий часто
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
используют коллоидные мельницы, работающие по принципу истирания твердых частиц, удара, истирания и удара, кавитации. Диспергирование лекарственного вещества с помощью мельниц осуществляется, в основном, в жидкой среде. Рабочие поверхности мельниц гладкие или рифленые, по форме – в виде усеченного конуса-ротора, вращающегося в коническом гнезде-статоре, или в виде плоских дисков, из которых один неподвижен, или оба диска вращаются в разные стороны. На дисках укреплены «пальцы» или имеются канавки.
При работе фрикционной мельницы ротор вращается со скоростью до 20 тыс. об/мин, диспергируемая смесь засасывается в щель между ротором и статором, размер которой регулируется микровинтом и составляет 0,025-0,05 мм. Смесь многократно прогоняется через щель до получения суспензии с очень небольшим размером частиц.
В коллоидную мельницу, работающую по принципу удара, смесь подается между вращающимся диском и корпусом с насажанными на них пальцами. При вращении диска частицы дисперсной фазы подвергаются мощному гидравлическому воздействию, возникающему в результате многочисленных ударов пальцев по жидкости, образуя тонкую суспензию.
Ультразвуковые методы диспергирования. Весьма эффективными в производстве суспензий являются устройства для ультразвукового диспергирования. Механизм действия ультразвука на дисперсную фазу заключается в том, что при действии ультразвука на гетерогенную систему на границе раздела фаз возникают зоны сжатия и разрежения, которые, в свою очередь, создают давление. Избыточное давление, создаваемое ультразвуковой волной, накладывается на постоянное гидростатическое давление и суммарно может составлять несколько атмосфер. В фазу разрежения во всем объеме жидкости, особенно у границ раздела фаз, в местах, где имеются пузырьки газа и мельчайшие твердые частицы, образуются полости (кавитационные пузырьки). При повторном сжатии кавитационные пузырьки захлопываются, развивая давление до сотен атмосфер. Образуется ударная волна высокой интенсивности, которая приводит к механическому разрушению твердых частиц. При ультразвуковом диспергировании может происходить не только диспергирование частиц, но и их коагуляция, что связано с разрушением сольватной оболочки на частицах дисперсной фазы. С введением стабилизаторов эффективность действия ультразвука резко возрастает, повышается степень дисперсности.
Для получения ультразвуковых волн используют различные аппараты и
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
установки, генерирующие ультразвуковые колебания. Источниками ультразвукового излучения могут быть механические и электромеханические (электродинамические, магнитострикционные и электрострикционные) излучатели.
К механическим источникам ультразвука относится жидкостной свисток. Принцип его работы заключается в следующем: струя жидкости подается под давлением через сопло на острие закрепленной в двух местах пластинки; под ударом струи жидкости пластинка колеблется, излучая два пучка ультразвука, направленных перпендикулярно к ее поверхности. Частота колебаний, возбуждаемых излучателем, составляет около 30 кГц. Жидкостной свисток используется, в основном, для получения эмульсий; при этом в качестве жидкости используется непосредственно дисперсионная среда и дисперсная фаза.
Рис. 15.6. Ультразвуковой гомогенизатор
Ультразвуковой гомогенизатор (рис. 15.6) предназначен для гомогенизации обрабатываемой смеси, которая осуществляется за счет вибрации пластинки 1 (частота колебаний достигает 50 Гц), вызванной попаданием в ее заостренный край струи смеси под давлением 1,2-2 МПа из сопла 3 трубы 4. Пл а- стинка укреплена в держателе 2. Расстояние между соплом и краем пластинки регулируется при настройке гомогенизатора. Эти гомогенизаторы более экономичны в расходе энергии, так как давление, создаваемое в них для обработки продуктов, примерно в 10 раз меньше, чем у клапанных гомогенизаторов.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
К электродинамическим излучателям относится высокочастотный ротационный аппарат, построенный по типу турбинной мешалки. Возбудимый им ультразвук имеет низкую интенсивность. Магнитострикционные излучатели представляют собой вибрационные устройства, состоящие из магнитопровода (металлического стержня) с обмоткой, вмонтированного в сосуд с диспергируемой средой. Магнитопровод изготавливают из ферромагнитных металлов, различных сплавов и других материалов, способных менять линейные размеры при намагничивании. Такими свойствами обладают никель, железо, кобальт, нержавеющая сталь, сплавы в системах железо-никель, железо-кобальт и др. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод изготавливают из тонких изолированных друг от друга пластин толщиной 0,1-0,3 мм, покрытых никелем. Во избежание повышения температуры при работе магнитостриктора внутри металлического стержня оставляют узкий канал, через который для его охлаждения циркулирует холодная вода. При пропускании по обмотке переменного тока соответствующей частоты возникает магнитное поле и происходит деформация магнитопровода по его продольной оси. Образуются ультразвуковые колебания, размах которых увеличивается, когда излучатель работает в условиях резонанса возбуждаемых частот и собственных колебаний стержня.
Электрострикционные (пьезоэлектрические) излучатели представляют собой устройства, действие которых основано на пьезоэлектрическом эффекте, используются при получении ультразвука высокой частоты, от 100 до 500 кГц. Пьезоэлементами служат пластинки, изготовленные из кварца или других кристаллов, колеблющихся по толщине. Эти пластинки имеют прямоугольную форму, размер их не менее 10х15х1 мм3. Одна из граней пластинки должна быть параллельна оптической оси кристалла, другая – одной из его электрических осей. Для создания резонанса частот пластинка с обеих сторон снабжается металлическими обкладками. При сжатии или растяжении таких пластинок вдоль электрической оси, на их поверхности возникают противоположные электрические заряды. Это явление называется пьезоэффектом. При наложении электрического поля пластинка испытывает деформацию растяжения (при положительном заряде), т. е. в переменном электрическом поле пьезокварцевая пластинка совершает резонансные колебания (обратный пьезоэлектрический эффект). Для повышения интенсивности излучателя изменяют форму пластинки и применяют вогнутые, сферические и цилиндрические излучатели. Пьезоэлектрический элемент устанавливается в масляной бане на специальном меха-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
низме, так как масло играет роль изолирующего агента и является хорошим проводником акустической энергии. Над ним на расстоянии около 5 мм закрепляется сосуд с диспергируемыми веществами. К пьезоэлементу (металлическим обкладкам пластины) проводится источник переменного тока высокой частоты через газотронный выпрямитель и генератор, чтобы направление тока совпало с электрической осью элемента. Чередующиеся сжатия и разрежения в масле от пьезоэлемента передаются стенки сосуда в диспергируемую систему. Для предохранения от перегрева содержимого сосуда вокруг него размещают змеевик для пропускания холодной воды.
Технологические стадии изготовления суспензий дисперсионным ме-
тодом. Как правило, в состав суспензий, помимо лекарственного вещества, нерастворимого в дисперсионной среде, входят также вещества, в ней растворимые. Поэтому для стадий технологического процесса, характерных для технологии суспензий, следует учитывать предварительные стадии изготовления водных и неводных растворов – растворение и фильтрация. На основании инструкций по использованию массо-объемных методов при изготовлении суспензий, содержащих лекарственные вещества в концентрации более 4%, их готовят по массе. Общая технология суспензий, изготовляемых дисперсионным методом, включает следующие стадии: взвешивание, измельчение, смешивание, фасовка и упаковка.
Особенности технологии суспензий, изготавливаемых дисперсионным методом из веществ гидрофильного и гидрофобного характера. Изготовление суспензий гидрофильных веществ не требует введения стабилизатора, так как на поверхности частиц, имеющих сродство к дисперсионной среде, образуется сольватный слой, обеспечивающий устойчивость системы.
Для получения тонко измельченного лекарственного вещества при его диспергировании рекомендуется добавлять растворитель в половинном или равном количестве от массы измельчаемого лекарственного вещества (правило Б.В. Дерягина). Введение вспомогательной жидкости основано на эффекте Ребиндера. Частицы лекарственного вещества имеют трещины, в которые проникает жидкость. Жидкость оказывает расклинивающее давление на частицу, которое превосходит стягивающие силы, что и способствует измельчению.
После измельчения лекарственного вещества используют прием взмучивания с целью фракционирования частиц. Взмучивание состоит в том, что при смешивании твердого вещества с жидкостью, в 10-20 раз по объему превосхо-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
дящей его массу, мелкие частицы находятся во взвешенном состоянии, а крупные оседают на дно. Этот эффект объясняется разной скоростью седиментации частиц разных размеров (закон Стокса). Взвесь наиболее измельченных частиц сливают, а осадок повторно измельчают и взмучивают с новой порцией жидкости до тех пор, пока весь осадок не перейдет в тонкую взвесь.
Для получения устойчивых суспензий гидрофобных веществ необходимо введение вспомогательных веществ (стабилизаторов). В качестве стабилизаторов используются ВМС и ПАВ – твин-80, поливинол, аэросил, эфиры целлюлозы, бентониты, детергенты. Выбор конкретного стабилизатора и его количество обусловлен свойствами стабилизирующего вещества, степенью его гидрофобности.
15.8.2. Технология изготовления суспензий конденсационным методом
Конденсационным методом в условиях заводского производства получают микрокристаллические суспензии. При использовании конденсационного метода для изготовления суспензий имеет значение тот факт, что растворимость лекарственного вещества может изменяться в зависимости от температуры, характера перемешивания, рН среды, состава растворителя и др.
Для изготовления суспензии конденсационным методом обычно сначала готовят раствор лекарственного вещества в растворителе, в котором оно хорошо растворяется. После этого, раствор лекарственного вещества добавляют, при непрерывном перемешивании, в дисперсную фазу, роль которой наиболее часто играет вода. При необходимости, дополнительно создают условия, приводящие к уменьшению растворимости лекарственного вещества (добавление вспомогательных веществ, изменение рН среды и пр.). При непрерывном перемешивании в дисперсионной среде происходят процессы кристаллизации, растворения и перекристаллизации, в результате чего образуются кристаллы лекарственного вещества с размерами, зависящими от условий проведения процесса.
Типичным примером суспензии, изготавливаемой конденсационным методом, может служить суспензия цинк-инсулина кристаллического для инъекций. При изготовлении этой суспензии к раствору инсулина добавляют раствор хлорида цинка, с которым инсулин образует малорастворимый комплекс. При соответствующей температуре и рН среды образующийся комплекс имеет стабильную кристаллическую структуру.
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
15.9. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СУСПЕНЗИЙ
Оценку качества суспензий проводят на основании требований ГФУ по следующим показателям: содержание действующих веществ, однородность частиц дисперсной фазы, время отстаивания, ресуспендируемость, сухой остаток, рН среды.
Однородность частиц дисперсной фазы определяют при микроскопи-
ровании. В суспензиях не должно быть неоднородных, крупных частиц дисперсной фазы. Размер частиц не должен превышать показателей, указанных в частных статьях на суспензии отдельных лекарственных веществ. Обычно размер частиц не превышает 50 мкм.
Время отстаивания характеризует кинетическую устойчивость суспензии. Об устойчивости суспензии судят по величине отстоявшегося слоя (чем она меньше, тем устойчивость суспензии больше).
Ресуспендируемость характеризует способность суспензии восстанавливать свои свойства как гетерогенной системы при взбалтывании. При нарушении агрегативной устойчивости суспензий они должны восстанавливать равномерное распределение частиц по всему объему после 24 ч хранения при взбалтывании в течение 15-20 с, а после 3 суток хранения – в течение 40-60 с.
Сухой остаток проверяют с целью проверки точности дозирования суспензий. Для этого отмеривают необходимое количество суспензии, высушивают и устанавливают массу сухого остатка.
15.10. ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СУСПЕНЗИЙ
Суспензии являются широко используемыми в настоящее время препаратами, особенно в педиатрии. Широкое распространение суспензий объясняется рядом преимуществ по сравнению с другими лекарственными формами: более выраженный фармакологический эффект по сравнению с порошками и таблетками; пролонгированное действие суспензий для парентерального введения при сравнении с растворами для инъекций; возможность маскировки неприятного вкуса лекарственного вещества, что удобно для применения в детской практике и ряд других, не менее важных свойств.
Однако, несмотря на множество преимуществ суспензий, они имеют и
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ряд недостатков, в частности: неустойчивость суспензий при хранении и вследствие этого низкий срок годности; высокая зависимость степени фармакологического эффекта от технологии изготовления и др.
Основной задачей в совершенствовании технологии суспензий в настоящее время является повышение уровня степени дисперсности суспензий и, как следствие, повышение фармакологического эффекта, а также повышение устойчивости получаемых суспензий.
Дисперсность и устойчивость суспензий существенно зависят от физикохимических свойств составляющих компонентов, от способов их смешения, технологии изготовления и применяемой аппаратуры. Выполненные рядом авторов исследования подтвердили высокую эффективность применения РПА в процессах изготовления суспензий. Использование РПА на фармацевтических заводах позволяет значительно повысить эффективность производства и сократить длительность приготовления суспензий. Как показывают результаты микроскопического анализа, степень дисперсности и устойчивость суспензий, полученных на РПА значительно выше, чем изготовленных по технологии с использованием аппарата с мешалкой и коллоидной мельницы. Применение РПА позволило также получить некоторые новые суспензионные препараты, в частности мазь с экстрактом прополиса и суспензии салазапиридазина, соответствующие предъявляемым к ним требованиям по степени однородности и дисперсности, в то время как применение существующих методов и оборудования не обеспечило необходимого качества. Таким образом, применение РПА позволяет при повышении качества изготавливаемой продукции существенно интенсифицировать приготовление суспензий и резко сократить затраты времени, энергии, количество применяемого оборудования и число промежуточных операций.
Применение ультразвука дает возможность получать монодисперсные системы с очень малым размером частиц дисперсной фазы (0,1-1,0 мкм). Кроме того, ультразвук обладает бактерицидным действием, поэтому суспензии, изготовленные с применением ультразвукового диспергирования, стерильны. Стерилизация суспензий обычными путями зачастую невозможна вследствие неустойчивости суспензий при нагревании и изменении свойств дисперсионной среды. Однако требование стерильности лекарственных форм относится к инъекционным и детским лекарственным формам. Поэтому, для изготовления суспензий для инъекционного применения и для использования в детской практике, зачастую единственным оптимальным способом изготовления является
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ультразвуковое диспергирование.
Необходимым условием для стабильности суспензий, изготовленных из лекарственных веществ с гидрофобными свойствами, является применение стабилизаторов. В условиях промышленного производства стабилизаторы входят в состав большинства суспензий. Одной из важных задач технологии суспензий является поиск новых, эффективных стабилизаторов, а также разработка композиционных стабилизаторов с целью уменьшения количества применяемого стабилизатора при изготовлении суспензий.
Перспективным в развитии лекарственной формы суспензии является приготовление «сухих суспензий», которые представляют собой смесь лекарственного вещества со вспомогательными веществами (стабилизаторы, консерванты и др.), чаще в виде гранул. По мере необходимости к сухим суспензиям добавляют очищенную воду в нужном количестве (в условиях аптеки) и получают фармакопейный препарат. Сухие суспензии удобны для транспортировки, хранятся практически неограниченное время.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
ГЛАВА 16. МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
16.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Согласно Государственной фармакопее Украины мягкие лекарственные средства (МЛС) для наружного применения (Praeparationes molles ad usum dermicum) предназначены для местного действия или трансдермальной доставки действующих веществ, для смягчающего или защитного действия.
Данные лекарственные формы относятся к числу древнейших лекарственных форм. Указания на их использование с лечебной целью встречаются уже в папирусе Эберса. Они широко использовались Гиппократом, Авиценной, Галеном.
МЛС применяют для нанесения на кожу, раны и определенные слизистые оболочки для местного терапевтического действия либо для проникновения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки, либо для смягчающего или защитного действия. Характеризуются специфическими реологическими свойствами при установленной температуре хранения, имеют неньютоновский тип течения, определенную структурную вязкость, псевдопластические, пластические и тиксотропные свойства. По внешнему виду должны быть однородными.
МЛС обычно содержат лекарственное(ые) и вспомогательное(ые) вещества, которые должны быть равномерно распределены в лекарственной форме. Вспомогательное(ые) вещество(а) образует(ют) простую или сложную основу, которую могут производить отдельно или получать в процессе изготовления мягкого лекарственного средства. Основа в зависимости от ее состава может оказывать влияние на высвобождение, биодоступность и терапевтическое действие лекарственного вещества.
В заводском производстве МЛС составляют около 10 %. Они широко используются в терапии ряда дерматологических заболеваний, в офтальмологии, отоларингологии, хирургии, акушерстве, гинекологии, проктологии и других областях клинической медицины.
МЛФ применяются не только с целью лечения, но и с целью профилактики или диагностики заболеваний, а также как индивидуальные средства защиты рук и открытых частей тела от воздействия химических раздражителей на про-
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
изводствах и в быту. Большую группу составляют косметические мази для смягчения и питания кожи, они могут быть гигиенические, лечебнопрофилактические и декоративные. Гормоны и витамины, содержащиеся в них, приближают данные мази к лечебным.
Особую группу составляют так называемые «электродные» мази и пасты, применяющиеся при регистрации биотоков, например, при электрокардиографии, энцефалографии, электромиографии и др. Их роль заключается в улучшении контакта между кожей, слизистой оболочкой и электродами, а также в фиксации последних.
16.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЛС
МЛС можно классифицировать по следующим признакам: по типу получения; по характеру действия; по месту нанесения; по консистенции; по типу дисперсных систем.
1. Классификация по типу получения. По типу получения мази представлены в виде:
•бесформенных систем (мази, пасты);
•формированных систем (мазевые и парафиновые карандаши, пластыри, свечи, шарики и палочки, полученные путем выкатывания, прессования или выливания).
2.Классификация по характеру действия. По характеру действия мази делят на мази поверхностного и глубокого действия.
Мази поверхностного действия не всасываются кожей и оказывают действие на эпидермис или на поверхность слизистых оболочек. Мази служат для сохранения нормальных физиологических функций эпидермиса, слизистых оболочек или предназначены для лечения заболеваний или повреждений поверхности кожи. По функциям различают:
•Покровные (индифферентные) мази – для предупреждения высыхания, загрязнения и для смягчения эпидермиса.
•Защитные мази (пасты) – профилактические средства для защиты кожи от воздействия пыли, растворов кислот, щелочей, агрессивных жидкостей, воды.
•Косметологические и косметические мази – предназначены для
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
смягчения, очищения и охлаждения кожи, а также для оказания антисептического действия и устранения косметических недостатков.
Мази глубокого действия. Такие мази всасываются кожей. В составе их основы необходимо наличие гидрофильных, жировых компонентов или ПАВ.
По функциям различают:
•Проникающие мази – лекарственные вещества из таких мазей всасываются кожей до более или менее глубоких слоев, через протоки потовых или сальных желез, но не проникают в кровоток (мази для лечения чесотки).
•Мази резорбтивного действия – лекарственные вещества достигают системного круга кровообращения и оказывают действие на весь организм.
3.Классификация по месту нанесения. По месту нанесения различают следующие мази:
•Дерматологические (собственно мази) (Unguenta propria) – наносят на
кожу.
•Глазные (Unguenta ophthalmica) – на слизистую конъюнктивы.
•Для носа (Unguenta nasalia seu renalia) – на слизистую носа.
•Ректальные (Unguenta rectalia) – вводят в прямую кишку.
•Вагинальные (Unguenta vaginalia).
•Уретральные (Unguenta urethralia).
•Стоматологические.
4.Классификация по консистенции. По консистенции различают:
•Линименты – мази в виде вязкой жидкости.
•Гели – мази вязкой консистенции, способные сохранять форму и обладающие упругостью и пластичностью. По типу дисперсных систем различают гидрофильные и гидрофобные гели.
•Кремы (мягкие мази) – мази мягкой консистенции, представляющие собой эмульсии типа масло в воде или вода в масле.
•Собственно мази – мягкая лекарственная форма, предназначенная для нанесения на кожу, раны или слизистые оболочки. Представляют собой всесторонне свободные дисперсные системы с пластичной или упруго-вязкой дисперсионной средой.
•Пасты – мази плотной консистенции, содержание порошкообразных веществ в которых превышает 25 % (в редких случаях 20 %).
•Сухие мази (полуфабрикаты) предназначены для разведения.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
В зависимости от консистенции мази втираются, намазываются или накладываются на кожу.
5. Классификация по типу дисперсных систем. По типу дисперсных систем мази делятся на гомогенные и гетерогенные.
1.Гомогенные мази характеризуются отсутствием межфазной поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Лекарственное вещество распределено в основе по типу раствора, т.е. находится в молекулярной или мицеллярной степени дисперсности.
По способу получения различают гомогенные мази: мази-сплавы; мази-
растворы; мази экстракционные.
2.Гетерогенные мази характеризуются наличием межфазной поверхности раздела между лекарственным веществом и основой. В зависимости от характера распределения лекарственных веществ в основе различают мази:
•Суспензионного (устаревшее название – тритурационного) типа. Мази содержат твердые лекарственные порошкообразные вещества, измельченные до микроскопических размеров, нерастворимые в основе и распределенные в ней по типу суспензии.
•Эмульсионного типа. Содержат жидкий компонент, нерастворимый в основе и распределенный в ней по типу эмульсии (м/в или в/м).
•Комбинированного типа. Представляют собой сочетание предыдущих
случаев.
ГФУ и фармакопеи многих стран мягкие лекарственные средства для наружного применния классифицируют как:
•мази;
•кремы;
•гели;
•пасты;
•припарки;
•медицинские пластыри.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
16.3. БИОФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МАЗЕЙ. СХЕМА СТРУКТУРЫ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
Фармакотерапевтический эффект МЛС зависит от следующих факторов:
•физико-химической природы лекарственных и вспомогательных
веществ;
•концентрации и агрегатного состояния лекарственных веществ;
•технологии;
•структурно-механических (реологических) свойств мази (вязкость, пластичность, упругость и др.);
•способа нанесения и области применения;
•факторов внешней и внутренней среды (влажность, температура и
др.);
•состояния кожи и слизистой оболочки.
При назначении, приготовлении и применении мазей необходимо учитывать состояние кожи и слизистых оболочек, в том числе их физиологические и возрастные особенности.
Кожа – сложный орган, который выполняет следующие функции: защитную, терморегуляции, секреторную и потоотделения, всасывания и, благодаря наличию рецепторов, носителя ощущений. Кожа взрослого человека имеет общую площадь около 1,5 м2 и состоит из трех слоев (рис. 16.1):
•эпидермис (подкожица);
•собственно кожа (дерма);
•подкожная жировая клетчатка. Подкожица (эпидермис) состоит из постоянно меняющихся пяти слоев клеток. Представляет собой полупроницаемую мембрану, лишенную кровеносных сосудов.
Наружный слой подкожицы – роговой – состоит из кератинизированных клеток и пронизан протоками потовых и сальных желез, волосяными фолликулами. Эти клетки физиологически пассивны, выполняют защитные функции и представляют собой основной барьер для попадания лекарственных веществ и микроорганизмов в организм человека. Толщина первых двух слоев около 4 мм.
Дерма состоит из эластичных волокон, пронизанных кровеносными, лимфатическими сосудами и нервными окончаниями. В дерму также
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
открываются протоки различных желез (потовых, сальных). Через дерму хорошо всасываются жирорастворимые вещества, которые иногда могут оказывать токсические эффекты (резорцин, цинка сульфат, кислота борная, кислота салициловая, хлороформ).
Подкожная клетчатка состоит из пучков соединительной ткани с зернами подкожного жира.
1. Эпидермис
Базальная мембрана
2. Дерма
(собственно кожа) Матрикс Коллагеновые
волокна Сальная железа
Потовая железа Луковица волоса Симпатические нервы Кожные нервы
Тактильные
рецепторы
3. Гиподерма
Рис. 16.1. Схема строения кожи человека:
1 – эпидермис; 2 – дерма; 3 – гиподерма
Пути проникновения лекарственных веществ через кожу. Всасывание лекарственных веществ происходит через эпидермис, сальные и потовые железы и волосяные луковицы. Различают два пути проникновения лекарственных веществ через кожу: трансдермальный (межклеточный; трансцеллюлярный); через поры (трансгладулярный – через стенки фолликул и протоки сальных и потовых желез) и трансфолликулярный). Количество всасываемого вещества зависит от площади нанесения мази и толщины кожи. Всасывание может быть усилено интенсивным втиранием мази и зависит от состояния кожи, наличия заболевания и величины рН. У здоровых людей
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
значение рН составляет от 5,5 до 6,5-7,0. При воспалительных процессах рН кожи снижается. Количество всасываемого лекарственного вещества увеличивается с повышением рН.
Качество мази определяется многими показателями, в том числе способностью мазевых основ высвобождать лекарственные вещества и скоростью всасывания лекарственных веществ. Процесс всасывания складывается из следующих стадий: растворение лекарственных веществ в основе и диффузия лекарственных веществ в границах нанесения слоя.
Рассчитать количество всосавшегося лекарственного вещества можно по формуле:
dQ |
= |
|
A×D ×C |
|
(16.1) |
|
dt |
2t |
|||||
|
|
|
|
где Q – количество всосавшегося вещества за определенное время t; D – константа диффузии;
А – концентрация вещества;
С – растворимость лекарственного вещества в основе (определяется in vitro и in vivo).
16.4. СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЛС
МЛС должны обладать определенными структурно-механическими (реологическими) характеристиками, эластичностью, пластичностью, вязкостью, периодами релаксации. Фармакологический эффект мазей в значительной степени зависит от их структурно-механических свойств, служащих критерием определения качества мазей как при производстве, так и в процессе хранения.
При разработке, изготовлении, упаковке, хранении, реализации и применении МЛС должны быть приняты соответствующие меры, обеспечивающие необходимую микробиологическую чистоту. Микробиологическую чистоту обеспечивают посредством антимикробного консервирующего действия и/или надлежащих условий производства.
МЛС, предназначенные для нанесения на большие открытые раны или на сильно поврежденную кожу, при отсутствии эффективного консервирующего действия должны быть стерильными.
Стерильные мягкие лекарственные средства производят с
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
использованием исходного сырья, первичных упаковочных материалов и с помощью способов, обеспечивающих стерильность и предотвращающих контаминацию и размножение микроорганизмов. Для таких препаратов устанавливают срок хранения после первого вскрытия упаковки.
При изготовлении, хранении и реализации МЛС необходимо принимать меры, обеспечивающие их однородность (равномерное распределение лекарственных и вспомогательных веществ, отсутствие посторонних включений, а также физическую стабильность). Если в ходе технологического процесса возможно нарушение однородности, то необходимо проводить контроль продукции путем количественного определения лекарственных веществ при специальном отборе проб.
При производстве МЛФ, содержащих диспергированные частицы, необходимо предусмотривать меры по обеспечению и контролю необходимого размера частиц, обусловленного назначением данного лекарственного средства.
Основу для мазей выбирают с учетом назначения препарата, его эффективности и безвредности, биодоступности лекарственного вещества, совместимости лекарственных и вспомогательных веществ, реологических свойств, физико-химической, химической и микробиологической стабильности, а также срока хранения.
Положительные качества МЛС:
•возможность назначения мазей с целью местного и резорбтивного действия и обеспечение ими высокой концентрации лекарственных субстанций
вкоже, тканях, а также в биологических жидкостях и органах организма;
•при лечении инфицированных ран, ожогов, дерматитов различной этиологии, отморожений, опрелостей, пролежней они могут конкурировать с другими видами лекарственных форм;
•в их составы можно вводить самые различные лекарственные субстанции как по консистенции (жидкости, мягкие, твердые), по филъности (гидрофобные, гидрофильные), так и относящиеся к различным фармакотерапевтическим группам (антимикотические, антимикробные, анестезирующие, противовоспалительныв, гормоны, витамины, энзимы и др.), т.е. мази могут содержать вещества, различные по механизму и направленности лечебного действия;
•сохранив за собой несомненное первенство при местном лечении
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
различных заболеваний, МЛС все чаще выступают в роли лекарственных препаратов, которые проявляют общее действие на организм или избирательное на отдельные органы или системы организма, например, мазь «Нитронг», которая применяется для профилактики приступов стенокардии;
•возможность достижения высокого терапевтического действия мазей не только за счет концентрации лекарственных субстанций, но и за счет оптимального подбора и сочетания лекарственных и вспомогательных веществ на основе биофармацевтического скрининга;
•относительная простота и безопасность применения по сравнению с другими лекарственными формами (инъекционными, пероральными и т.д.)
•экономичность и технологичность. Их производство можно рассматривать как безвредное, а технологические процессы – относительно «чистыми» в экологическом отношении.
МЛС присущи и отрицательные свойства:
•ряд препаратов имеют ограниченную лечебную эффективность в виде присущего им однонаправленного действия на симптомы заболевания, например, только противовоспалительного, только противозудного, только антимикробного и т.д., что не соответствует основным медико-биологическим требованиям, предъявляемым современной медициной к лекарствам;
•некоторые мази в своем составе содержат нестабильные трудностандартизируемые или малоэффективные вещества (деготь, ихтиол, скипидар, ксероформ, синтомицин, стрептоцид, новокаин, окись цинка, дерматол, производные ундециновой кислоты, фенол и др.). Многие из этих веществ в развитых странах исключены из номенклатуры, потеряли свое значение и не используются в медицинской практике;
•отдельные составы мазей, производимые на гидрофобной основе, обусловливают выраженный «парниковый» эффект, что ограничивает их применение в медицинской практике. Мазь этония на гидрофобной основе, слабо высвобождает действующую субстанцию;
•некоторые МЛС, например мазь стрептоцидовая 10 % и линимент стрептоцида, имеют узкий спектр антимикробного действия, не обладают осмотической активностью; мазь, приготовленная с использованием вазелина, слабо высвобождает действующее вещество. Применение их для лечения гнойных ран в первой фазе воспалительного процесса противопоказано,
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
поскольку они не способствуют оттоку содержимого раны, «герметизируют» ее, создают условия для роста анаэробной микрофлоры, а во второй фазе – малоэффективны, так как не стимулируют репаративные процессы, не предотвращают вторичного инфицирования раны ввиду узкого спектра антимикробного действия.
16.5. ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВАМ ДЛЯ МЛС
Основа для МЛС является носителем лекарственного вещества и обеспечивает объем и нужные физические свойства лекарственной формы. Выбор мазевой основы зависит от физико-химических свойств назначаемых лекарственных средств и характера действия мази. Основа, которая бы обеспечивала максимальный терапевтический эффект мази, должна отвечать следующим требованиям:
•обладать мажущей способностью, т.е. иметь необходимые структурно-механические свойства;
•хорошо воспринимать лекарственные вещества, т.е. обладать абсорбирующей способностью;
•не изменяться под действием условий внешней среды и не реагировать с вводимыми в нее лекарственными веществами, т.е. обладать химической стойкостью;
•быть индифферентной в фармакологическом отношении, не должна оказывать раздражающего и сенсебилизирующего действия, способствовать сохранению первоначального значения рН кожи (3-4) или слизистой оболочки;
•не подвергаться микробной контаминации, т.е. обсеменению микроорганизмами;
•свойства основы должны соответствовать назначению МЛС.
По функциональному назначению вспомогательные вещества, входящие
всостав мягких лекарственных средств, можно разделить на:
•мягкие основы-носители (вазелин, ланолин и др.);
•вещества, повышающие температуру плавления и вязкость основ (парафин, спермацет, гидрогенизированные растительные масла, воски, полиэтиленгликоли с высокой молекулярной массой и др.);
•гидрофобные растворители (минеральные и растительные масла, изопропилпальмитат, полиалкилсилоксаны, бензилбензоат и др.);
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
•воду и гидрофильные растворители (спирты этиловый и изопропиловый, полиэтиленгликоли 200-600, пропиленгликоль, пропиленкарбонат, глицерин, димексид и др.);
•эмульгаторы типа м/в (натрия лаурилсульфат, эмульгатор № 1, твины, полиоксиэтиленгликолевые эфиры высших жирных спиртов, цетилпиридиния хлорид, соли высших жирных кислот, оксиэтилированное касторовое масло, полиоксиэтиленгликолевые эфиры стеариновой кислоты и др.);
•эмульгаторы типа в/м (высшие жирные спирты, холестерин, спирты шерстного воска, спены, глицерилмоноолеат, глицерилмоностеарат и др.);
•гелеобразователи (карбомеры, альгиновая кислота и ее соли, производные целлюлозы, полиэтилен, полоксамеры или проксанолы, полиэтиленгликоли 1500-8000, бентонит, каолин, коллоидная двуокись кремния, гуммиарабик, трагакант, желатин и др.);
•антимикробные консерванты (бензалкония хлорид, мирамистин, цетримид, цетилпиридиния хлорид, хлоргексидин, бензойная и сорбиновая кислоты и их соли, парабены, спирт бензиловый, крезол, хлоркрезол, имидомочевина, феноксиэтанол, пропиленгликоль, спирт этиловый и др.);
•антиоксиданты (α-токоферол, аскорбиновая кислота и ее производные, бутилгидроксианизол и бутилгидрокситолуол, этилендиаминтетрауксусная кислота и ее соли, лимонная кислота, пропилгаллат, натрия метабисульфит и др.);
•солюбилизаторы (β-циклодекстрин, гидрофильные поверхностноактивные вещества (ПАВ) и др.);
•отдушки и дезодорирующие вещества (ментол, эфирные масла, фенилэтиловый спирт и др.);
•регуляторы рН (лимонная кислота, фосфорнокислые соли натрия и др.). Некоторые вспомогательные вещества могут одновременно выполнять
несколько вышеперечисленных функций, а также входить в состав в качестве смягчающих и увлажняющих добавок, пенетраторов (активаторов проникновения веществ), смачивателей и др.
В настоящее время в качестве основ для мазей применяют большое количество различных компонентов, реже отдельных веществ. Они являются, как правило, сложными физико-химическими системами. Большой ассортимент и разнообразие свойств основ для мазей приводит к необходимости их классификации.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
16.6. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА МАЗЕВЫХ ОСНОВ
Основы могут быть классифицированы по следующим признакам:
•по источникам получения;
•по химическому составу;
•по сродству к воде: на гидрофильные и гидрофобные (липофильные);
•по способности абсорбировать воду и механизму абсорбции;
•по типу дисперсных систем: на однофазные (растворы, сплавы), двухфазные (эмульсии типа масло/вода (м/в) и в/м, суспензии, коллоидные дисперсии высших жирных спиртов или кислот, стабилизированные гидрофильными ПАВ) и многофазные системы (множественные эмульсии м/в/м и в/м/в, а также комбинированные системы);
•по реологическим свойствам при установленной температуре хранения и условиях применения;
•по концентрации и дисперсному состоянию вспомогательных и/или лекарственных веществ.
1.Классификация по источникам получения. Различают основы:
•природные (жиры, жирные масла, вазелин, вазелиновое масло, ланолин, воск пчелиный, бентонит, фитостерин, крахмал, желатин, коллаген, хитозан и др.);
•полусинтетические (гидрогенизированные жиры, производные целлюлозы, натрия альгинат и др.);
•синтетигеские (силиконовые жидкости, аэросил, поливинилпирролидон, ПЭО, карбомеры и др.).
2.Классификация по химическому составу:
•углеводороды;
•эфиры;
•полиорганосиликоны и др.
3.Классификация по отношению к воде (рис. 16.2):
1.Гидрофильные основы. Гидрофилъностъ – способность смешиваться с водой или растворяться в ней.
•Вещества, дающие устойчивые гели после набухания в воде с по следующим растворением (растворы и гели полисахаридов, белков, олигоэфиров, полиэтиленоксидные основы и др.).
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
• Вещества нерастворимые, но набухающие в воде (гели фитостерина и ситостерина, гидрофильных глинистых минералов).
2.Гидрофобные основы. Гидрофобностъ (или липофильность) –
способность смешиваться с жирами или растворяться в них и не смешиваться с водой (жировые, углеводородные, силиконовые).
3.Дифильные (гидрофильно-гидрофобные) основы:
•абсорбционные (безводные: гидрофильные и гидрофобные);
•эмульсионные (водосодержащие: типа вода/масло и масло/вода).
|
|
|
|
Мазевые основы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидрофобно-гидро- |
|
|||
Гидрофобные |
|
|
Гидрофильные |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
фильные (дифильные) |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Растворимые в воде |
|
|
Набухающие в воде |
|
|
Абсорбционные |
|
|
Эмульсионные |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
(безводные) |
|
|
(водосодержащие) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидро- |
|
Гидро- |
|
|
Масло/ |
|
Вода/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
фильные |
|
фобные |
|
|
вода |
|
масло |
|
Рис. 16.2. Классификация мазевых основ по отношению к воде
Гидрофобные мази приготовлены, как правило, на углеводородных основах (вазелин, вазелиновое масло, парафин) и могут содержать другие липофильные вспомогательные вещества (растительные масла, жиры животного происхождения, воски, синтетические глицериды и жидкие полиалкилсилоксаны). В их состав могут быть введены только незначительные количества воды или водных растворов. Гидрофобные мази при применении обладают окклюзионным (предотвращающим контакт с воздухом) эффектом, оказывают смягчающее действие, трудно смываются водой и не смешиваются с экссудатом.
Абсорбционные мази являются гидрофобными, но при втирании в кожу могут абсорбировать (эмульгировать) экссудат. Основы для них могут быть разделены на две группы:
• гидрофобные основы, состоящие из углеводородов и эмульгаторов типа в/м (вазелин и ланолин или спирты шерстного воска), в состав которых
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
могут быть введены значительные количества воды или водных растворов с образованием эмульсии типа в/м;
•гидрофобные основы, которые являются эмульсиями типа в/м или м/в/м (вазелин и водный ланолин); в их состав путем эмульгирования дополнительно может быть введена вода или водный раствор.
Гидрофильные мази, как правило, являются гиперосмолярными, вследствие чего при применении могут абсорбировать значительное количество экссудата. Основы для них могут быть разделены на две группы:
•водорастворимые основы, которые, как правило, содержат гидрофильные неводные растворители (полиэтиленгликоль 400, пропиленгликоль и др.) и достаточно большие концентрации водорастворимых полимеров (полиэтиленгликоль 1500, проксанол 268 и др.);
•водосмываемые основы, которые кроме водорастворимых полимеров
игидрофильных неводных растворителей содержат липофильные вещества (высшие жирные спирты, вазелин, вазелиновое масло, ланолин, воски и др.). Эти основы, как правило, представляют собой эмульсии типа м/в и требуют присутствия эмульгатора типа м/в.
Кремы – это мягкие лекарственные средства для местного применения, представляющие собой двухили многофазные дисперсные системы, дисперсионная среда которых при установленной температуре хранения, как правило, имеет ньютоновский тип течения и низкие значения реологических параметров.
Гидрофобные кремы приготовлены на основе эмульсии в/м или м/в/м, стабилизированной подходящими эмульгаторами.
Гидрофильные кремы приготовлены на основе эмульсии м/в или в/м/в, стабилизированной подходящими эмульгаторами. К ним также относят коллоидные дисперсные системы, состояшие из диспергированных в воде или смешанных водно-гликолевых растворителях высших жирных спиртов или кислот, стабилизированные гидрофильными ПАВ.
Гели – это мягкие лекарственные средства для местного применения, представляющие собой одно-, двухили многофазные дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, реологические свойства которых обусловлены присутствием гелеобразователей в сравнительно небольших концентрациях. В этой лекарственной форме гелеобразователи дополнительно могут выполнять
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
роль стабилизаторов дисперсных систем: суспензий или эмульсий; такие гели могут называться соответственно суспензионными гелями или эмульгелями.
Гидрофобные гели (олеогели) приготовлены на основах, состоящих из гидрофобного растворителя (вазелиновое или растительное масло и др.) и липофильного гелеобразователя (полиэтилен, коллоидная двуокись кремния, алюминиевое или цинковое мыло и др.).
Гидрофильные гели (гидрогели) приготовлены на основах, состоящих из воды, гидрофильного смешанного или неводного растворителя (глицерин, пропиленгликоль, спирт этиловый, спирт изопропиловый) и гидрофильного гелеобразователя (карбомеры, производные целлюлозы, трагакант и др.).
Пасты – это мягкие лекарственные средства для местного применения, которые представляют собой суспензии, содержащие значительное количество (обычно более 20 % масс.) твердой дисперсной фазы, равномерно распределенной в основе. В качестве основы для паст могут быть использованы основы для мазей, кремов и гелей.
Линименты – это мягкие лекарственные средства для местного применения, плавящиеся при температуре тела. К линиментам могут быть отнесены мази, кремы, гели и пасты, характеризующиеся этим признаком.
16.6.1. Гидрофобные основы Жировые основы. Животные жиры. Природные жиры представляют
собой смеси триглицеридов предельных (стеариновой С17Н35СООН, пальмитиновой С15Н31СООН, миристиновой С13Н27СООН) и непредельных (олеиновой С17Н33СООН, линолевой С17Н31СООН) высших жирных кислот. Кроме сложных эфиров жиры содержат незначительное количество неомыляемых компонентов: свободные жирные кислоты, стерины (холестерин, фитостерин).
Жиры совместимы со многими лекарственными веществами, легко всасываются и обеспечивают глубокое всасывание лекарственных веществ.
Жиры содержат более 50 % ненасыщенных кислот, поэтому их не используют в мазях с окислителями и солями тяжелых металлов. Мази на основе жиров хранят не более 1-2 недель. При хранении жиры могут окисляться с образованием пероксидов, вызывающих разложение лекарственных веществ и оказывающих раздражающее действие на кожу.
Фармакопеи многих стран ограничивают применение жиров в составе
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
основ. В производстве отечественных мазей используется свиной жир. В косметической практике в качестве основ используют жиры: говяжий, бараний, норковый, куриный, утиный, кашалотовый и китовый.
Жир свиной (Adeps suillus (axungiaporcina) depuratus) не прогорклый – белого цвета. С химической точки зрения он представляет собой триглицериды олеиновой, пальмитиновой, стеариновой кислот, с содержанием небольшого количества холестерина, который обеспечивает эмульгирующие свойства основы. Смешивается примерно с 20 % воды. Температура плавления 34-46 °С.
Жир свиной наиболее близок по свойствам к человеческому жиру. Легко наносится и распределяется по коже, легко смывается, легко отдает лекарственные вещества, не раздражает кожу, не препятствует кожному дыханию. Сплавляется с другими жирами.
Недостатки свиного жира как основы: под влиянием кислорода воздуха, света, влаги он прогоркает, приобретает кислую реакцию, неприятный запах и раздражающее действие на кожу. Непредельные жирные кислоты разрушаются с образованием озонидов. Химически неиндифферентен. Несовместим с окислителями, йодидами, полифенолами, адреналином. Реагирует со щелочными соединениями, с солями тяжелых металлов (образует токсичные металлические мыла).
В мазях серной простой, калия йодида простой, скипидарной, йодной, йодоформной, карболовой, колларголовой, Вилькинсона, календулы, в состав которых входит свиной жир, его заменяют консистентной эмульсионной основой типа вода/масло.
Жир бычий (Sebum bovinum) – представляет собой триглицериды пальмитиновой, стеариновой, олеиновой кислот. Температура плавления 4250°С. По свойствам уступает жиру свиному из-за высокой температуры плавления. Бычий жир, а также бараний используются как уплотнители мазевых основ.
Растительные масла (жиры). Представляют собой смеси триглицеридов предельных и непредельных высших жирных кислот. По сравнению с животными жирами растительные масла содержат большее количество непредельных кислот. Хорошо всасываются и обеспечивают глубокую всасываемость лекарственных веществ.
Растительные масла (кокосовое, пальмовое, пальмоядровое, какао) при увеличении содержания предельных кислот могут иметь твердую
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
консистенцию. Твердые растительные масла в качестве основы не обладают достаточной пластичностью, используются как уплотнители мазевых основ.
Жидкие растительные масла не пригодны в качестве основы в чистом виде. Применяются в качестве компонентов основ в линиментах, в смеси с твердыми веществами (твердыми животными жирами, восками, парафинами), для получения эмульсионных основ.
В зависимости от содержания непредельных кислот различают масла:
•невысыхающие (оливковое, персиковое, абрикосовое, какао, кунжутное, кокосовое, пальмовое, пальмоядровое);
•полувысыхающие (касторовое, подсолнечное);
•высыхающие (арахисовое, льняное, хлопковое).
Все невысыхающие масла хорошо переносятся кожей, смягчают эпидермис, всасываются. Высыхающие масла могут раздражать кожу.
Растительные масла при длительном хранении могут прогоркать (гидролизоваться вследствие содержания воды), образовывать пероксиды. Они более устойчивы к развитию микрофлоры, чем животные жиры, вследствие содержания фитонцидов.
Гидрогенизированные жиры. Для получения мазевых основ с мягкой консистенцией из растительных масел и жидких животных жиров используют направленную гидрогенизацию, фракционирование, переэтерификацию.
Гидрогенизированные жиры представляют собой полусинтетические продукты, получаемые при каталитическом гидрировании жидких растительных жиров. При этом происходит насыщение непредельных жирных кислот, консистенция жиров уплотняется. В зависимости от степени гидрирования можно получать продукты любой консистенции, с различными температурами плавления. Гидрированные жиры отличаются повышенной стабильностью при хранении. В качестве основ используют:
Гидрожир (саломас) (Adeps hydrogenisatus) – смесь рафинированных растительных масел. По свойствам гидрожир близок к свиному жиру, но имеет более плотную консистенцию.
Растительное сало (Axungia vegetabilis) – представляет собой сплав 80-
90 % гидрожира и 20-10 % растительного масла.
Комбижир (Adeps compositus) – сплав 55 % гидрожира, 30 %
растительного масла и 15 % животного жира (говяжьего, свиного или
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
гидрогенизированного китового). Температура плавления 26-32 °С. Хорошо намазывается. Совместим с большим количеством лекарственных веществ. Недостатком комбижира как основы является более медленное высвобождение лекарственных веществ по сравнению со свиным жиром.
В зарубежной практике в качестве основ для мазей с калия йодидом, экстрактом красавки, серой используют гидрогенизированные арахисовое и касторовое масла, имеющие вязкопластичную консистенцию, температуру плавления 38-41 °С, кислотное число 2,5.
Углеводородные основы представляют собой продукты перегонки нефти. Преимущественно состоят из смеси предельных углеводородов СnН2n+2, характеризуются микробиологической и химической индифферентностью, хорошей смешиваемостью с жирами и маслами, совместимостью с большим количеством лекарственных веществ. Не всасываются. Плохо высвобождают лекарственные вещества. При длительном применении вызывают мацерацию эпидермиса кожи, возможны аллергические реакции. Нарушают газообмен кожи. Применяют как основы в мазях поверхностного действия.
Вазелин (Vaselinum) – смесь жидких и твердых (20-50 %) микрокристаллических углеводородов: изопарафинов и алифатических соединений с числом атомов углерода С17-С35, 10 % нормальных парафинов. Представляет собой однородную тянущуюся нитями мазеобразную массу без запаха, от белого до желтого цвета. При намазывании на стеклянную пластинку дает ровную, несползающую пленку. При расплавлении образует прозрачную жидкость со слабым запахом парафина или нефти.
Практически нерастворим в воде, 95 % этиловом спирте, мало растворим в эфире, растворим в бензине, умеренно растворим в хлороформе. С жирными маслами, за исключением касторового масла, и жирами смешивается во всех соотношениях. Температура плавления от 37 до 50 °С, рН 6,5-7,5. Вазелин обладает хорошей консистенцией, смешивается с глицерином (до 40 %), хорошо намазывается, сочетается с лекарственными веществами. Химически индифферентен, устойчив при хранении, не прогоркает. Не раздражает кожу и слизистые.
Недостатки вазелина как основы: плохо смешивается с водой, но инкорпорирует ее до 5 %, трудно смывается и удаляется с белья. Лекарственные вещества из вазелина практически не всасываются, поэтому мази на основе вазелина используют для поверхностного действия. Они на
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
поверхности кожи образуют плотную пленку, нарушают газообмен, возможны аллергические реакции.
Вазелиновое масло (Oleum Vaselini seu Parаffinum liquidum) – смесь жидких микрокристаллических изопарафинов с числом атомов углерода С7-С17. Бесцветная вязкая жидкость, без запаха. Смешивается со всеми маслами, кроме касторового. Используется как основа в линиментах, как компонент основы в мазях и как вспомогательная жидкость.
Парафин (Paraffinum) – смесь высокомолекулярных твердых парафинов. Белая кристаллическая масса, жирная на ощупь, температура плавления 42-46 °С. Не смешивается с водой, хорошо растворим в эфире, хлороформе, жидких маслах. Используется как компонент для уплотнения мазевых основ. Входит в состав мази парафиновой: парафина 1,0; масла вазелинового 4,0, которая используется как заменитель вазелина, имеет склонность к синерезису – появлению зернистости.
Петролатум (Petrolatum) – высокоплавкий (выше 60 °С) аналог вазелина с плотной консистенцией. Представляет собой смесь твердого парафина с высоковязкими минеральными маслами. Получают депарафинизацией нефтяных масел. Используется как уплотнитель.
Нефть нафталанская (Naphthalanum liquidum) – вязкая коричневая жидкость с характерным запахом. Не смешивается с водой, мало растворима в спирте, хорошо смешивается с глицерином, маслами, жирами. Применяется как дезинфицирующее, болеутоляющее средство. Входит в состав мази нафталанной, которая может являться самостоятельной основой мази.
Мазь нафталанная: |
|
Нефти нафталанской рафинированной |
70,0 |
Парафина |
18,0 |
Петролатума |
12,0 |
Озокерит (горный воск) (Ozokeritum) – смесь высокомолекулярных углеводородов с температурой плавления 50-65 °С. Содержит церезин, парафин, минеральные масла, смолы. Используется как компонент основ или самостоятельное лекарственное средство.
Церезин (Ceresinum) – рафинированный озокерит. Температура плавления 68-72 °С. С химической точки зрения представляет собой высокомолекулярные углеводороды трициклического нафтена. Используется как уплотнитель. При сплавлении с парафинами образует долго не кристаллизующиеся массы.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Искусственный вазелин (Vaselinum artificiale) – получают сплавлением твердых и жидких парафинов с церезином или жидких озокеритов с петролатумом. Представляет собой мягкую гелеобразную основу, по свойствам близкую к вазелину. Искусственный вазелин устойчив к микроорганизмам, не обладает раздражающим действием.
Полиэтиленовые и полипропиленовые гели. Полиэтиленовые гели
представляют собой сплавы гранул полиэтилена низкой плотности (низкого давления) 5-50 % или высокой плотности (высокого давления) 5-13 % с вазелиновым маслом. За рубежом известны под названием Plastibase, Plastonite.
Полиэтиленовые гели нейтральны, химически стабильны, не обладают раздражающим действием, совместимы со многими лекарственными веществами. Входят в состав мазей для защиты кожи рук от растворов кислот и щелочей, в состав охлаждающих эмульсий.
Полипропиленовые гели получают сплавлением 4-25 %-полипропилена или этиленпропиленового сополимера с вазелиновым маслом. На основе гелей получают абсорбционные основы с эмульгаторами.
Воски. Воск (Cera) – с химической точки зрения представляет собой сложные эфиры высокомолекулярных спиртов (цетилового и миристилового) с пальмитиновой кислотой. Температура плавления 63-65 °С. Применяется для уплотнения мазевых основ, повышает вязкость жиров и углеводородов. За счет содержания небольшого количества свободных спиртов способен заэмульгировать небольшое количество воды. Химически стоек.
Известны две торговые разновидности воска – пчелиный желтый (Cera flava) и белый (отбеленный) (Cera alba). Предпочтительнее желтый воск, так как белый прогоркает. Основа, состоящая из сплава 30 % воска желтого и 70 % масла оливкового, является фармакопейной гидрофобной основой.
Спермацет (Cetaceum, Spermacetum) – сложный эфир цетилового спирта и высших жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). Получают из спермацетового жира черепа кашалота. Твердая белая пластинчатокристаллическая масса, жирная на ощупь, без запаха, температура плавления 45-54 °С. Обладает эмульгирующими свойствами, сплавляется с жирами, углеводородами. Применяется в мазях, мазях для массажа, косметических препаратах для придания им скользкости и большей плотности.
Основы, содержащие силиконы. Силиконовые жидкости являются представителями синтетических кремнийорганических соединений –
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
полиорганосилоксанов.
Силиконовые основы получают сплавлением полиорганосилоксанов с вазелином, парафином, церезином, растительными и животными жирами. Для загущения силоксановых жидкостей используют также аэросил или другие наполнители.
К медицинскому применению разрешены полидиэтилсилоксановые жидкости: эсилон-4 – степень конденсации п=5; эсилон-5 – степень конденсации п=15. Эсилоны представляют собой прозрачные маслянистые жидкости без запаха и вкуса. Химически инертны, термостойки, не прогоркают. Смешиваются с эфиром, хлороформом, вазелиновым маслом. Не смешиваются с водой, глицерином.
Обладают хорошей совместимостью с лекарственными и вспомогательными веществами, не оказывают раздражающего, мацерирующего и аллергизирующего действия на кожу, не препятствуют газообмену. По физико-химическим свойствам близки к углеводородам, по скорости и глубине всасывания лекарственных веществ – к жировым основам. Силиконовые жидкости нельзя использовать в глазных мазях, так как они раздражают слизистую оболочку глаза.
Силиконы применяют в пищевой промышленности, медицине, микробиологии, ветеринарии, гематологии, косметике, фармации. Их используют в качестве пеногасителей, антикоррозионных покрытий и основ защитных мазей, аллопластического и оттискного материала, вспомогательного материала (силиконовые каучуки и резины).
Основы, содержащие кремния диоксид (аэросил). Аэросилы относятся к неорганическим синтетическим полимерам.
Аэросил (Aerosilum) – коллоидальный кремния диоксид, представляющий собой легкий белый высокодисперсный микронизированный порошок с размером частиц от 4 до 40-мкм, плотностью 2,2 г/см3 и удельной поверхностью от 50 до 400 м2/г.
Аэросил получают гидролизом четыреххлористого кремния при температуре 1100−1400 °С:
SiCl4 + 2Н2О = SiО2 + 4НСl.
Существует несколько марок аэросила, различающихся по величине удельной поверхности, степени гидрофобности/гидрофильности. Стандартный аэросил марок 200, 300, 380 имеет гидрофильную поверхность.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Функциональными группами аэросила являются силоксановые (—Si—О—Si—)
исилановые (—Si—ОН) группы.
Вводе и спирте в концентрациях 1-3 % аэросил образует мутные взвеси. Частицы аэросила заряжены отрицательно. Показатель преломления равен 1,45. В глицерине, жирных маслах и вазелиновом масле аэросил образует прозрачные студнеобразные системы.
Аэросил химически, фармакологически и микробиологически индифферентен, совместим с большим количеством лекарственных веществ. При введении аэросила в мази в количестве от 8 до 16 % образуются тиксотропные гели, приводящие к увеличению пластической вязкости и замедлению высвобождения лекарственных веществ. Он используется как стабилизатор и загуститель в линименте бальзамическом по Вишневскому в количестве 5 %, в эсилон-аэросильной основе (гель, состоящий из эсилона-5 с добавлением 16 % аэросила).
16.6.2. Гидрофильные основы Гидрофильные основы – отдельные вещества или композиции веществ,
способные смешиваться с водой или растворяться в ней. Мазевые основы этой группы характеризуются отсутствием в их составе жировых и жироподобных компонентов.
К гидрофильным основам относятся водные и водно-глицериновые гели на основе пектина (4-8 %), трагаканта (2 %), натрия альгината (4-6 %), агарагара (2-3 %), крахмала (4-7 %), коллагена, производных целлюлозы, микробных полисахаридов декстрана, аубазидана (1-2 %), модифицированные крахмалы с улучшенными вязкостными и адгезионными характеристиками (растворимые, окисленные), декстрины.
Достоинства гидрофильных основ: хорошо высвобождают лекарственные вещества; в основы можно вводить большое количество водных растворов; не оставляют жирных следов на белье; хорошо смываются с белья и кожи; совместимы со многими лекарственными веществами.
Недостатки гидрофильных основ: многие основы мало устойчивы к микроорганизмам, быстро подвергаются микробной порче и готовятся на непродолжительный срок. Для увеличения срока хранения мазей добавляют консерванты (кислоты: борную – 0,2 %; салициловую – 0,2 %; сорбиновую – 0,2 %; бензиловый спирт – 0,9 %; нипагин и нипазол в соотношении 1:3 – 0,2 %); химически не индифферентны.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Мазевые основы природных полисахаридов.
Метилцеллюлоза (Methylcellulosum) [С6Н702(ОН)3-х(ОСН3)х]n является простым эфиром целлюлозы и метилового спирта и представляет собой порошкообразное, гранулированное или волокнистое вещество белого цвета без запаха и вкуса, имеющее плотность 1,29-1,31 г/см3. Степень полимеризации может быть от 150 до 700, молекулярная масса от 3 до 140 кД.
Метилцеллюлоза (МЦ) используется различных марок: МЦ-3 – МЦ-100. (Число характеризует вязкость 1% раствора). МЦ растворима в холодной воде, горячем глицерине, смесях низших спиртов с водой, нерастворима в горячей воде. Несовместима с солями тяжелых металлов, фенолами, препаратами йода, аммиаком, танином.
Используется в виде 3-6 % гелей с добавлением 20 % глицерина (для уменьшения высыхаемости основы). Гели устойчивы в широком интервале рН. Основы индифферентны, не токсичны, хорошо смешиваются с выделениями слизистой, в них хорошо распределяются лекарственные вещества. При высыхании образуют пленки на коже. Используется в защитных мазях, можно применять для получения сухих мазей-концентратов. Гель 3 % – как основа для
глазных мазей. Пример основы с МЦ: |
|
|
|
Метилцеллюлозы |
6,0 |
|
|
Глицерина |
20,0 |
|
|
Воды очищенной 74,0 |
|
|
|
Гель МЦ входит в состав мазей «Ундецин», «Цинкундан», рекомендован |
|||
для мазей с цинка оксидом, ихтиолом, кислотой салициловой и др. |
|||
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза |
(натрий-КМЦ). |
[С6Н702х(ОН)х |
|
(ОСН2СОО)7]n (n = 100-2000) – натриевая соль эфира целлюлозы и гликолевой кислоты. Представляет собой порошкообразное или волокнистое вещество белого цвета без запаха и вкуса, имеющее плотность 1,59 г/см3. Молекулярная масса от 21 до 500 кД.
Натрий-КМЦ растворяется в холодной и горячей воде с образованием растворов с большой вязкостью. В водных растворах является полиэлектролитом. Устойчива при нагревании и стерилизации. Взаимодействует с солями азотистых оснований, кислореагирующими соединениями, солями металлов с образованием труднорастворимых осадков.
При изготовлении гелей порошок натрий-КМЦ предварительно заливают половинным объемом холодной воды, через 60 мин добавляют остальную воду
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
и нагревают до 50-70 °С (до полного растворения). Пример основы с натрий-
КМЦ: |
|
Натрий-КМЦ |
6,0 |
Глицерина |
10,0 |
Воды очищенной |
84,0 |
В концентрации 2 % натрий-КМЦ входит в состав фурацилиновой пасты, |
|
рекомендована для мази с пиромекаином: |
|
Пиромекаина |
5,0 |
Метилурацила |
5,0 |
Натрий-КМЦ |
3,6 |
Глицерина |
9,0 |
Воды очищенной до 100,0
Мазевые основы природных белков.
Желатиновые глицерогели (1-3 % желатина, 1-30 % глицерина, 70-80 %
воды) применяются для изготовления защитных мазей, застывающих на коже в виде прозрачной упругой пленки (паста Унна, ХИОТ-5, ХИОТ-6). Кожные клеи наносят на руки в разогретом виде кисточкой перед началом работы. Хорошо удаляются смыванием водой. Свойства глицерогелей зависят от количества желатина. Гели неустойчивы к микробной порче, синерезису и высыханию.
Желатиновые гели в концентрации до 3 % представляют собой нежные, легкоплавкие студни, разжижающиеся при втирании в кожу, медленно всасываются. Широко применяются при изготовлении различных кремов.
Коллаген (Collagenum) является белком соединительной ткани. Его получают из кожи крупного рогатого скота. Полностью абсорбируется и утилизируется при введении в организм, стимулирует процессы регенерации поврежденных тканей, обладает большой сорбционной способностью, слабой антигенностью. У него отсутствуют токсические и канцерогенные свойства.
В воде набухает с образованием гелей. Коллаген способен к солюбилизации лекарственных веществ, имеющих в своем составе аминокарбоксильные группы. Используют 2 % и 3 % (для глазных мазей) гели для лечения раневого процесса.
Полиэтиленоксидные основы.
Полиэтиленоксиды (ПЭО) (Polyaethylenoxydum) получают полимеризацией этилена оксида или поликонденсацией этиленгликоля. Выпускаются с молекулярной массой от 400 до 4000, имеют консистенцию от жидкой до твердой. ПЭО без запаха и вкуса, хорошо смешиваются с водой,
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
глицерином, органическими растворителями, нерастворимы в эфире, маслах. ПЭО совместимы с большинством лекарственных веществ, несовместимы
с фенолами, тяжелыми металлами, танином. При сочетании с лекарственными веществами, содержащими окси- и карбоксильные группы возможно протекание взаимодействия по водородным связям с образованием высокоструктурированных систем ПЭО, потерей терапевтической активности.
В качестве основ для мазей используют как сплавы твердых и жидких ПЭО (марок 400, 1500, 4000), так и композиции ПЭО различной молекулярной массы с глицерином и другими вспомогательными веществами. Являются наиболее широко используемой основой для промышленных мазей.
ПЭО-основы нейтральны, гигроскопичны, физиологически индифферентны, при длительном применении не мацерируют кожу, легко высвобождают лекарственные вещества, не являются средой для развития микрофлоры. Хорошо растворяют гидрофильные вещества. Не подвергаются воздействию электролитов, спирта. Имеют слабые бактерицидные свойства (в присутствии ПЭО повышается антимикробная активность антибиотиков, сульфаниламидов, антисептиков), осмотически активны (обладают выраженным дегидратирующим действием). Не нарушают газообмен кожи, мало токсичны, не оказывают раздражающего действия на ткани, легко смываются, устойчивы к действию света, влаги. Входят в фармакопеи большинства стран мира.
Для ректальных мазей рекомендована основа состава:
ПЭО-400 70,0 ПЭО-1500 30,0
Для вагинальных мазей рекомендована основа состава:
ПЭО-400 80,0 ПЭО-1500 20,0
Гели поливинилпирролидона (ПВП).
ПВП (Polyvinylpyrrolidonum) – бесцветный, прозрачный, аморфный, гигроскопичный порошок, растворимый в воде, глицерине, ПЭО, хлороформе.
Смешивается с ланолином, эфирами, амидами, маслом касторовым, производными целлюлозы, силиконами. Образует растворимые комплексы с витаминами, антибиотиками, дубильными веществами, красителями.
Растворы ПВП в концентрации 3-20 % используются для изготовления основ. ПВП широко используются также в косметике.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Гели поливинилового спирта (ПВС).
ПВС – порошок или крупинки белого или слегка желтоватого цвета, нерастворимые в этиловом спирте. В воде и глицерине ПВС растворим при нагревании. Водные растворы ПВС высоковязкие.
Приготовление геля ПВС: порошок заливают холодной водой и оставляют на сутки для набухания, затем нагревают до 80-90 °С, постоянно перемешивая до полного растворения.
Для изготовления ксероформной, левомицетиновой, камфорной, анестезиновой и других мазей можно применять 15 % гель ПВС.
Полимеры и сополимеры акриловой и метакриловой кислот.
Редкосшитые акриловые полимеры (РАП). Полиакриловую (ПАК) и полиметакриловую кислоты (ПМАК) получают методами радикальной или радиационной полимеризации в виде 20-40 % водных растворов:
ПАК и ПМАК – твердые вещества белого цвета аморфной структуры. Молекулярная масса находится в пределах от 10 до 100 кД. В водных растворах образуют вязкие растворы со значением рН 3,0, обладают полиэлектролитными свойствами, способны обмениваться ионами. Устойчивы при широком значении рН. Образуют комплексные соединения с аминами, несовместимы с солями тяжелых металлов, солями азотистых оснований. Обладают интерфероногенной активностью. Торговые марки ПАК и ПМАК известны под названиями карбопола, карбомера, эудражита, ареспола. Могут быть использованы как основа и в глазных мазях.
Карбопол (Carbopolum, 934, 940, 941 и др.) – редкосшитый сополимер акриловой кислоты и полифункциональных сшивающих агентов (например, аллиловый эфир пентаэритрита) (фирма «В.F. Goodrich Chemical Co.»). Фармакопейная статья на карбопол под названием «Карбомер» включена в фармакопеи Британии, Франции, Международную фармакопею.Видео
Указанные полимеры представляют собой мелкодисперсные белые порошки, хорошо диспергируемые в воде, образуют вязкие дисперсии с низким рН 7,3-7,8. Не токсичны, не раздражают кожу, в кишечнике образует гидрогель, поэтому они используется в лекарственных формах пролонгированного действия.
Хорошие загустители воды, спиртов, гликолей. На ране сохраняет гелевую структуру, что обусловлено их высокой загущающей способностью. Их используют для получения пролонгированных глазных капель, суспензий,
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
мазей, суппозиторных основ, в качестве суспендирующего и эмульгирующего агента (в суспензиях серы, крахмала, анестезина, ацетилсалициловой кислоты).
Применение данных полимеров в медицине обусловлено тем, что мази на основах РАП при нанесении на кожу образуют тончайшие гладкие пленки, обеспечивая пролонгированный эффект, более полно и равномерно высвобождают лекарственные вещества, поглощают кожные экскреторные и секреторные продукты, хорошо распределяются по слизистым и кожной поверхности, оказывают охлаждающее действие, не обладают токсичностью и раздражающим действием, хорошо удаляются водой, не загрязняют одежду. Гелевые и эмульсионные основы с использованием РАП инкорпорируют лекарственные вещества гидрофильной и липофильной природы.
Технология гелей РАП: порошок насыпают тонким слоем на поверхность рассчитанного количества очищенной воды и оставляют для набухания в течение определенного времени (в зависимости от марки карбомера). Затем нейтрализуют и перемешивают с помощью механической мешалки со скоростью 100 об./мин до получения гомогенного геля.
Растворы олигоэфиров.
Олигоэфиры (ОЭ) представляют собой эфиры многоатомных спиртов (глицерина, сорбита, диэтиленгликоля и др.) с многоосновными кислотами (винной, лимонной, янтарной и др.). Впервые в фармации предложены в 1972 г. В зависимости от соотношения исходных компонентов и степени их конденсации получают продукты различной вязкости.
Основы с ОЭ получают несколькими способами:
•смешиванием ОЭ различной вязкости;
•загущением ОЭ (например, винилином);
•разбавлением другими компонентами (например, этиловым спиртом);
•смешиванием с ПАВ;
•эмульгированием ОЭ.
Основы с ОЭ предложены для гормональных мазей.
Блок-сополимеры окиси этилена и пропилена.
Проксанолы (Proxanolum) – полимеры, в которых средняя часть макромолекулы состоит из полиоксипропиленовой (ОП, гидрофобной) части, а на концах – из полиоксиэтиленовых (ОЭ, гидрофильных) цепей:
В Великобритании они известны как плюроники, в США – полокcомеры
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
и полоксалены, в странах СНГ – проксанолы, гидрополы. Молекулярная масса полимеров от 1000 до 16000, получают олимеры различной консистенции: от гидрофобных жидкостей, не мешивающихся с водой, до твердых, хорошо растворимых веществ. Растворимы в спиртах, не растворимы в глицерине, минеральных маслах. Свойства зависят от соотношения ОЭ:ОП и их длины. Совместимы со всеми лекарственными веществами, кроме фенов, аминокислотных соединений; мало гигроскопичны, не вызыва коррозию.
Малотоксичны, не раздражают кожу, не обладают сенсибилизиющим действием. По абсорбционным свойствам не уступают ПЭО, оказывают подсушивающего действия на ткани и слизистые оболочки. В обычных концентрациях безвкусны. За рубежом используются в технологии лекарственных форм с антибиотиками и витаминами; в качестве йодофоров (проксанолы растворяют йод с образованием концентрированных растворов, которые можно разбавлять).
Полоксамер-188 входит в состав препаратов для лечения запоров, плюроник F-68 – в состав жировых эмульсий для внутривенного введения, полоксален – в состав антивспенивателей крови. В Украине и России используются проксанол-268 – воскообразное, проксанол-168 – мазеобразное вещества, гидропол-200 – вязкая жидкость.
Гели глинистых минералов.
В состав глинистых минералов входят каолинит (основной минерал белой глины), монтмориллонит (основной минерал бентонита), гидрослюда, галлуизит и др. Глинистые минералы состоят из кремния оксида, алюминия оксида и воды. Алюминий может быть частично замещен железом или магнием. В незначительных количествах могут присутствовать кальций, калий, натрий, титан.
Глинистые минералы являются высокодисперсными системами, микрокристаллические частицы которых имеют размеры 0,1-1 мкм, чешуйчатую или пластинчатую форму. Характерной особенностью их является способность вступать в ионообменные реакции как в водной, так и в неводной средах. Путем обработки минералов электролитами и органическими основаниями можно получать водородные, аммониевые, магниевые и другие формы с заданными свойствами.
Количество удерживаемой воды зависит от типа глинистого минерала, его катионной формы, химического состава, структуры. При добавлении воды
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
глинистые минералы набухают в 13-17 раз.
Минералы используются в виде 10-12 % суспензий для получения мазевых основ и сухих мазей-концентратов. В концентрации 10 % образуют студнеобразные массы. Биологически безвредны. Гели легко распределяются по коже, быстро высыхают, химически инертны, обладают эмульгирующими свойствами, поглощают кожные выделения.
Гели могут быть использованы для изготовления мазей с серой, ксероформом, дерматолом, борной кислотой и др. Пример мази, широко используемой в Болгарии:
Бентонита |
15,0 |
Глицерина |
30,0 |
ПЭО |
10,0 |
Воска |
10,0 |
Воды очищенной до 100,0
Фитостериновые основы.
Фитостерин (Phytosterinum) представляет собой белый или слегка желтоватый порошок, жирный на ощупь. Не растворим в воде, но адсорбирует большое количество воды (до 1200 %). Для мазей используют основу из 12-15 % фитостерина и 88-85 % воды. Основа легко намазывается, при длительном хранении высыхает, но восстанавливает свойства при смешивании с водой. Хорошо высвобождает лекарственные вещества, не раздражает кожу. Можно готовить сухие мази-концентраты, применяемые в косметологии.
16.6.3. Дифильные мазевые основы
Это искусственно создаваемые композиции, обладающие как гидфильными, так и гидрофобными свойствами. Могут воспринимать и эмульгировать различные жидкости (за счет наличия ПАВ), солюбилизируют нерастворимые лекарственные вещества, и способствуют их распределянию в основе. Основы уменьшают поверхностное натяжение между кожей и мазью, что способствует всасыванию лекарственных веществ, не препятствуют газо- и теплообмену кожи, имеют хорошие консистентные свойства. Терапевтический эффект мазей на этих основах выше, чем на гидрофобных.
Различают две группы дифильных основ:
1.Абсорбционные: гидрофильные и гидрофобные.
2.Эмульсионные: типа вода/масло и типа масло/вода.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Абсорбционные гидрофобные основы – это безводные композиции гидрофобных компонентов в сочетании с безводным ланолином или другими ПАВ, способные инкорпорировать воду с образованием эмульсии (вода/масло). Их применяют для приготовления мазей с лекарственными веществами, которые подвергаются гидролизу в присутствии воды (мази с антибиотиками групп пенициллина, тетрациклина и др.). Присутствие ПАВ в абсорбционных основах оказывает положительное влияние на проявление терапевтической активности мазей.
Абсорбционные гидрофильные основы – безводные композиции гидрофильных веществ с ПАВ (ПЭО + цетиловый спирт, бентониты + ЦМ и др.).
Эмульсионные основы – многокомпонентные основы, содержащие воду. Повышают всасывание лекарственных веществ, обеспечивают ягкость, эластичность кожи, уменьшают воспалительные процессы. Лекарственные вещества можно ввести в обе фазы основы (и гидрофильную и гидрофобную). Основы менее вязкие, чем абсорбционные.
Эмульсионные основы типа масло/вода – наиболее эффективны, но применяются реже. Они поглощают раневые выделения, не оставляют жирного следа, обладают хорошей консистенцией, но при хранении теряют воду и меняют консистенцию (в качестве эмульгаторов в таких основах используют натриевые, калиевые, триэтаноламиновые соли жирных кислот, твин-80.)
Примеры таких основ: лаурилсульфат натрия + цетиловый спирт + холестерин + вазелин + вода; ПЭО-4000 + спирт стеариновый + глицерин + лаурилсульфат натрия + вода (США).
Эмульсионные основы типа вода/масло – способствуют проявлению активности лекарственных веществ в несколько меньшей степени, чем эмульсионные основы типа масло/вода, но более эффективны, чем гидрофобные и абсорбционные основы. Могут вызывать набухание кожи и повысить всасывание лекарственных веществ. Сохраняются лучше, маловязки, обладают хорошими адгезионными свойствами, легко удаляются с кожи, придают хороший товарный вид, экономически доступны.
Примеры таких основ: эмульсионная консистентная основа (основа Кутумовой: вазелин + вода + эмульгатор Т-2); вода + эмульсионный воск + вазелин; вазелин + вода + сорбитан олеат.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Поверхностно-активные вещества, применяемые для изготовления дифилъных основ мазей.
По способности к ионизации в полярной среде поверхностно-активные вещества (ПАВ) делят на два класса:
•ионогенные – мыла; синтетические вещества, имеющие полярные группы (карбоксильные, сульфатные, сульфонатные и др.);
•неионогенные – не образуют ионов в водном растворе – оксиэтилированные спирты, кислоты, фенолы, жиросахара.
По типу образующихся при диссоциации в водных растворах ионов ПАВ делят на:
•анионактивные – содержат полярные группы и диссоциируют в воде с образованием отрицательно заряженных длинноцепочных органических ионов, определяющих их поверхностную активность (мыла, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, натрия лаурилсульфат);
•катионактивные – соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых соединений;
•амфолитные (амфотерные) – вещества с несколькими полярными группами, которые в воде в зависимости от условий (рН) могут быть ионизированы с образованием длинноцепочных анионов или катионов. При определенных рН молекулы этих ПАВ не диссоциируют и ведут себя как неионогенные вещества.
Анионактивные ПАВ.
Мыла – химические соединения или смесь соединений, образующихся при взаимодействии анионов жирных кислот RCOO- с катионами органических или неорганических оснований X+.
Поверхностно-активными свойствами обладают соединения высших жирных кислот вследствие образования поверхностно-адсорбционных слоев:
•натрия стеарат СН3(СН2)16COONa;
•аммония олеат СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7COONH4;
•магния олеат (СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7COO)2Mg;
•триэтаноламмония пальмитат СН3(СН2)14COONH(CH2СН2ОН)3. Натриевые, калиевые мыла и мыла органических оснований образуют
эмульсии прямого типа масло/вода.
Мыла щелочно-земельных и поливалентных металлов образуют эмульсии
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
обратного типа вода/масло. Для образования эмульсионных основ типа вода/масло используют магния олеат (СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7COO)2Mg.
Основа Грядуновой: |
|
Магния олеата |
20,0 |
Вазелина |
30,0 |
Воды очищенной |
50,0 |
Алкилсульфаты – |
сернокислые эфиры высших спиртов с общей |
формулой СН3(СН2)nOSO3Х, n=9-18. Алкилсульфаты могут быть олями одновалентных и поливалентных металлов:
CH3(CH2)10CH2OSO3Na – натрия лаурилсульфат; СН3(СН2)12СН2OSO3Na – натрия миристилсульфат; СН3(СН 2)14СН2OSO3Na – натрия цетилсульфат; СН3(СН 2)16СН2OSONa – натрия стеарилсульфат.
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СН2OSO3Na – натрия олеилсульфат. Алкилсульфаты натрия стабилизируют эмульсии прямого типа
масло/вода. С удлинением алифатической цепи растворимость соединений и их эмульгирующая активность уменьшается.
Натрия лаурилсульфат (Natrii laurylsulfas) – эфир серной кислоты и лаурилового спирта. Входит во многие фармакопеи мира. Белый слегка желтоватый порошок, растворим в воде, обладает большой эмульгирующей способностью. Пример основы:
Натрия лаурилсульфата |
10,0 |
Стеарилового спирта |
250,0 |
Вазелина |
250,0 |
Глицерина |
120,0 |
Воды очищенной |
370,0 |
Эмульгатор № 1 (Emulgens |
№ 1) состоит из смеси натриевых солей |
сернокислых эфиров высокомолекулярных спиртов с числом углеродных атомов от 16 до 18 (15 %) и чистых спиртов (85 %). В состав эмульгатора входят цетиловый, октадециловый и другие спирты. Представляет собой твердую массу, напоминающую стеарин, со слабо-желтым оттенком и температурой плавления 50-60 °С. Хорошо смешивается с маслами, нерастворим в воде, легко растворим в хлороформе. Одна часть эмульгатора № 1 способна заэмульгировать до 9 частей воды. Образует эмульсию типа масло/вода. Эмульгатор можно применять с другими ПАВ: натрий-КМЦ, эмульгатором Т-2 и др. Применяется для стабилизации линиментов
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
синтомицина, стрептоцида, колхамина, адиурекрина. Входит в состав мазей «Ундецин», «Цинкундан», «Апилак».
Катионактивные ПАВ.
Для этих соединений характерна слабая поверхностная активность с образованием эмульсий прямого типа (масло/вода). Многие из катионактивных ПАВ обладают бактерицидными свойствами и применяются как консерванты и дезинфицирующие вещества. Для изготовления мазевых основ не используются.
Амфолитные (амфотерные) ПАВ.
Данные соединения характеризуются наличием в молекуле групп кислой и основной функции, изменяющейся в зависимости от величины рН. В кислой среде эти соединения проявляют катионактивные свойства, в щелочной – анионактивные. Являются хорошими эмульгаторами, устойчивыми в кислых и щелочных средах.
Неионогенные ПАВ.
Неионогенные ПАВ проявляют свои свойства в небольших концентрациях, мало чувствительны к изменениям температуры, рН среды и присутствию сильных электролитов. Дифильные молекулы неионогенных ПАВ состоят из длинной углеводородной цепочки с несколькими полярными, но неионогенными (гидроксильные, эфирные) группами.
Высшие жирные спирты практически не растворяются в воде, сплавляются с жирами, углеводородами.
Цетиловый спирт (Spiritus cetylicus, С16Н33ОН) – продукт омыления спермацета. Твердое, жирное на ощупь кристаллическое вещество белого цвета с температурой плавления 50 °С. Сплавы жиров и углеводородов с 5 % цетилового спирта образуют стабильные эмульсии с 50% воды.
Стеариловый спирт (Spiritus stearinkus, C18H35OH) – белое кристаллическое вещество с температурой плавления 59 °С. По эмульгирующей способности близок к цетиловому спирту.
Иногда используют смесь цетилового и стеарилового спиртов, называемую цетостеариловым спиртом.
Эмульсионные воски (Cera emulsificans) – сплав 70 %
высокомолекулярных предельных спиртов кашалотового жира с 30 % эмульгатора – калиевой соли диэфира фосфорной кислоты и высокомолекулярных предельных спиртов. Твердая однородная масса, от
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
белого до светло-кремового цвета, хорошо сплавляется с жирами, маслами, углеводородами, рН 5,8-7,0. Используется в эмульсионной основе, представляющей собой сплав вазелина с 5 % эмульсионного воска и 28,5 % воды. Основа устойчива, совместима со многими лекарственными веществами, хорошо переносится. Входит в косметические кремы.
Пример основы с эмульсионным воском, которая продлевает действие местных анестетиков (анестезина, новокаина, дикаина):
Эмульсионного воска 7,0
Масла вазелинового |
7,5 |
Глицерина |
12,5 |
Эсилона-5 |
10,0 |
Натрия бензоата |
0,2 |
Воды очищенной |
62,8 |
Брии (Brij-35) – простые эфиры полиэтиленоксидов, высших жирных спиртов и спиртов шерстного воска НО—(СН2—СН2—0)п—О—R (п=23), образуют эмульсии прямого типа масло/вода.
Высокомолекулярные циклические спирты. Основным продуктом,
содержащим циклические спирты, является ланолин, получаемый из промывных вод овечьей шерсти.
Ланолин (Adeps Lanae, Lanolinum anhydricum) – представляет собой смесь жидких и воскообразных эфиров высших жирных кислот с алифатическими и циклическими спиртами (70-80 %) со свободными высокомолекулярными спиртами, кислотами. Основными компонентами ланолина являются стеролы – холестерин и изохолестерин (в свободном и в связанном до 20 % виде),
эргостерин, |
холестанол, |
спирты цери-ловый |
(С27Н55ОН), карнаубиловый |
(С24Н49ОН) |
и слож ные |
эфиры этих спиртов с |
кислотами: пальмитиновой |
(С15Н31СООН), миристиновой (СГІН27СООН), карнаубовой (С23Н47СООН), церотиновой (С25Н51СООН).
Ланолин безводный представляет собой вязкую массу буро-желтого цвета слабого своеобразного запаха с температурой плавления 36-42 °С. Легко растворим в эфире, хлороформе, ацетоне, нерастворим в воде. Легко сплавляется с гидрофобными веществами. Поглощает до 150 % воды, до 40 % спирта этилового в концентрации 70 %, 40 % глицерина. Дает эмульсию типа вода/масло. Химически индифферентен, трудно окисляется и омыляется, нейтрален.
Ланолин хорошо впитывается в кожу, стоек к окислению кислородом,
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
влаге, свету, обладает высокой вязкостью, прилипаемостью к коже. Добавляется в мазевые основы к жирам и углеводородам в качестве гидрофилизирующего компонента, способного увеличивать всасываемость лекарственных веществ.
|
|
|
|
Таблица 16.1 |
|
|
Основы с ланолином |
|
|
|
|
|
|
|
№ п/п |
Основа |
Состав |
Количество, г |
|
1 |
Ланолина |
водного |
Ланолина безводного |
168 |
|
вазелина (поровну) |
Вазелина |
240 |
|
|
|
|
Воды очищенной |
72 |
2 |
Ланолин водный |
Ланолина безводного |
70 |
|
|
|
|
Воды очищенной |
30 |
3 |
Основа для мазей |
Ланолина безводного |
|
|
|
|
|
Масла подсолнечного |
поровну |
|
|
|
Воды очищенной |
|
4 |
Основа |
для глазных |
Вазелин |
90 |
|
мазей |
|
Ланолин безводный |
10 |
5 |
Основа для мазей |
Вазелин |
60 |
|
|
с антибиотиками |
Ланолин безводный |
40 |
|
6 |
Мягкая мазь |
Вазелин |
поровну |
|
|
|
|
Ланолин водный |
|
7 |
Основа |
фармакопеи |
Вазелин |
85 |
|
Венгрии |
|
Ланолин безводный |
10 |
|
|
|
Цетиловый спирт |
4 |
Ланолин водный представляет собой эмульсию. Расплавлять его не рекомендуется вследствие разрушения эмульсии. Ланолин водный при длительном хранении менее стабилен, чем ланолин безводный. Может окисляться. Для изготовления мазей с окислителями (пергидролем) рекомендуется использовать ланолин безводный.
При приготовлении мази на безводной основе водорастворимые лекарственные вещества растворяют в минимальном количестве воды, эмульгируют равной массой безводного ланолина и смешивают с основой.
Недостатки ланолина как основы:
•высокая вязкость и клейкость (трудно размазывается);
•хуже всасывается по сравнению со свиным жиром. Поэтому как самостоятельная основа не используется. Используется как добавка к гидрофобным основам для их гидрофилизации;
•неприятный запах;
•аллергические реакции;
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
•при длительном контакте с тяжелыми металлами омыляется с образованием металлических мыл и повышением токсичности.
В связи с имеющимися недостатками для улучшения свойств ланолина его подвергли различной обработке:
•омылению (продукт – спирты шерстного воска);
•ацетилированию (продукт – ацетилированный ланолин);
•гидрированию (продукт – гидролин);
•оксиэтилированию (продукт – водлан, водорастворимый ланолин). Спирты шерстного воска – получают омылением ланолина растворами
щелочей с цедью увеличения количества спиртов ланолина. Содержат 30 % холестеринов, 25 % тритерпенов, 15 % ациклических диолов, 30 % неомыляемых веществ. Представляют собой твердую массу желто-коричневого цвета со слабым своеобразным запахом. Температура плавления 58-60 °С. Обладают высокой эмульгирующей способностью (могут воспринимать до 180 частей водных растворов, образуют эмульсионные мази типа масло/вода), не вызывают аллергии, раздражающего действия. Совместимы со многими лекарственными, веществами. Пример абсорбционной основы:
Спирты шерстного воска |
6,0 |
Вазелина |
10,0 |
Церезина |
24,0 |
Вазелинового масла |
60,0 |
Основа может быть использована для изготовления мазей с серой, цинка оксидом, кислотами (салициловой, борной), дегтем, стрептоцидом, йодом, калия йодидом. Срок годности мазей 2 года.
Ацетилированный ланолин – получают путем обработки ланолина уксусным ангидридом. Имеет низкую величину когезии (липкости), лишен неприятного запаха, растворяется в вазелиновом масле. В эмульсионные основы его добавляют от 1 до 5 %. Основы устойчивы при низких температурах.
Полиоксиэтилированный ланолин – получают путем присоединения-
этилена оксида (продукты «Водлан-45» с рН 8 и «Водлан -60» с рН 7,1). Растворим в воде, разбавленном спирте. В количестве до 3 % с водой образует мягкие основы (кремы). Дает эмульсию типа вода/масло.
Гидрированный ланолин – гидролин – получают путем гидрирования ланолина. Не имеет неприятного запаха и липкости, имеет плотную
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
консистенцию, обладает высокой эмульгирующей способностью.
Стероидные спирты – ланолин, холестерин, изохолестерин и др. – в концентрации до 10 % обладают выраженной гидрофилизирующей способностью, т.е. могут эмульгировать в 2-2,5 раза больше воды, чем жировые основы. Хорошие эмульгирующие свойства имеют смеси холестерина и его эфиров с высшими жирными кислотами.
Фитостерин – продукт щелочного гидролиза древесины хвойных пород. Представляет собой смесь 40 % β-ситостерина, 30 % лигноцеринового спирта С24Н49ОН, 20 % лигноцериновой кислоты С23Н47СООН, 5 % неорганических веществ и 5 % воды. Образует гидрофильные основы.
β-ситостерин представляет собой белый или слегка желтоватый порошок, жирный на ощупь. Хорошо растворяется в органических растворителях, способен абсорбировать до 1200 % воды с образованием гидрофильных основ.
Неполные сложные эфиры высших жирных кислот с одно- и
многоатомными спиртами. В качестве многоатомных спиртов используют: этиленгликоль, полиэтиленгликоль, глицерин, сорбит, маннит и др. Стабилизируют эмульсии второго рода. Большой эмульгирующей способностью обладают моноглицериды высших жирных кислот: олеат, стеарат. Для основ мазей применяют пропиленгликольмоностеарат, этилен- и диэтиленгликольмоно стеарат (олеат), полиэтиленгликольмоностеарат (олеат), ацетилированные моноглицериды.
Mири (Myri) – полиоксиэтилстеараты, образуют эмульсии прямого типа масло/вода. Включены в фармакопею США.
Моноглицериды дистиллированные (МГД) – моноэфиры глицерина и высших жирных кислот, полученные методом молекулярной дистилляции. МГД предназначены для использования в пищевой (производство маргаринов), пищеконцентратной и косметической промышленности в качестве ПАВ. Являются продуктом переработки саломаса. Вырабатывают 4 марки МГД. Представляют собой твердые таблетки от белого до кремового цвета без запаха. Температура плавления 56-68 °С. Образуют эмульсию второго рода вода/масло.
За рубежом производят аналоги: Димодан (S), Dimodan (PV) фирмы
«Food Industries» (Англия); МГД фирмы «Riken Vitamin Oil Co» (Япония); фирмы «Aromatic Nordblakels» (Швеция).
Эмульгатор Т-1 (Emulgens T-1) является смесью моно- и диэфиров диглицерина и стеариновой кислоты. Представляет собой твердый продукт.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Температура плавления 50-58 °С. Используется для получения основ мазей и в пищевой промышленности.
Эмульгатор Т-2 (Emulgens Т-2) является смесью моно- и диэфиров триглицерина пальмитиновой и стеариновой кислоты. Представляет собой твердую воскоподобную массу от желтого до коричневого цвета с температурой плавления 46-50 °С. Используется для приготовления мази анальгина и натрия цитрата, мази теофилиновой 10 %, консистентной эмульсионной основы (Основа Е.Н. Кутумовой, 1956), используемой в качестве
заменителя свиного жира. |
Консистентная |
эмульсионная основа типа |
||
вода/масло: |
|
|
|
|
Состав |
I |
|
II |
|
Вазелина |
60 |
г |
55 |
г |
Эмульгатора Т-2 |
10 г |
15 |
г |
|
Воды очищенной |
30 |
мл |
30 |
мл |
Состав I используют летом. Состав II – зимой. Приготовление основы: сплавляют Т-2 с вазелином и добавляют горячую воду (90-95 °С) с энергичным перемешиванием и охлаждением до получения белой пышной массы. Основа входит в состав мази «Сунорэф».
Пентол (Pentolum) – смесь моно- и диэфиров четырехатомного спирта пентаэритрита и олеиновой кислоты. Представляет собой маслянистую жидкость золотисто-желтого цвета. Смешивается неограниченно с водой, углеводородами, жирами, маслами. Основа типа вода/масло (В.М. Грецкого):
Вазелина |
38,0 |
Воды |
60,0 |
Пентола |
2,0 |
Основа устойчива при хранении, замораживании, нагревании. Используется как основа для мазей с калия йодидом, серной, камфарной, дерматоло-скипидарной.
Жиросахара (жирные эфиры сахарозы) – сложные эфиры сахарозы с высшими жирными кислотами (стеариновой, пальмитиновой, олеиновой). Получают этерификацией сахара метиловым эфиром соответствующей высшей жирной кислоты в присутствии катализатора – калия карбоната. Представляют собой кристаллические вещества. Обладают различной эмульгирующей способностью, стабилизируют основы типа масло/вода.
Спены (Span) – сложные эфиры спирта сорбитана с высшими жирными кислотами. Получают дегидратацией гексаола сорбита, в результате чего
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
образуется смесь тетрагидропирановых и тетрагид-рофурановых спиртов – сорбитана и сорбида (табл. 16.2).
В зависимости от использованной высшей жирной кислоты и степени этерификации различают несколько видов спенов.
|
|
|
|
Таблица 16.2 |
|
|
Характеристика торговых марок спенов |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Торговая |
Химическое название |
Консистенция |
ГЛБ (+1) |
Тип эмульсии |
|
марка |
|||||
|
|
|
|
||
Спен-20 |
Сорбитанмонолаурат |
Жидкий |
8,6 |
Масло/вода |
|
Спен-40 |
Сорбитанмонопальмитат |
Твердый |
6,7 |
Масло/вода |
|
Спен-60 |
Сорбитанмоностеарат |
Твердый |
4,7 |
Вода/масло |
|
Спен-65 |
Сорбитантристеарат |
Твердый |
2,1 |
Вода/масло |
|
Спен-80 |
Сорбитанмоноолеат |
Жидкий |
4,3 |
Вода/масло |
|
Спен-85 |
Сорбитантриолеат |
Жидкий |
1,8 |
Вода/масло |
|
Примечание. Цифра в торговой марке спена обозначает молекулярную массу высшей жирной кислоты.
Спены используются как эмульгаторы для получения эмульсионных основ мазей. Наиболее распространен сорбитанолеат (спен-80). Дает эмульсию типа вода/масло. Эмульсии устойчивы от минус 15 до плюс 50 °С. Эмульгатор растворим в маслах, этиловом спирте, совместим со многими лекарственными веществами. В США известны как арлацелы, в Англии как крексы.
В мазях используется эмульсионная основа с сорбитанолеатом (основа
Грецкого и Благовидовой): |
|
Вазелина |
47,5 г |
Воды |
50 мл |
Сорбитанолеата |
2,5 г |
Технология основы: вазелин смешивают с сорбитанолеатом, добавляют воду при температуре 60-70 °С, эмульгируют. Образуется густая сметанообразная, легко размазывающаяся масса. Основа не оказывает токсического действия на кожу. На основе можно готовить, например, дерматоловую мазь.
Твины (Tween) – эфиры полиоксиэтилированного сорбитана и высших жирных кислот (табл. 16.3). Твины различаются остатками высших жирных кислот и степенью полимеризации этилена оксида. Твины хорошо растворяются в воде и органических растворителях, хорошо смешиваются с углеводородами и жирами, выдерживают стерилизацию. Используются как солюбилизаторы и стабилизаторы в суспензиях, эмульгаторы для получения
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
эмульсий типа масло/вода.
В лекарственных препаратах твины снижают антимикробное действие лекарственных веществ. Недостатком их в эмульсиях для внутреннего применения является привкус мыла.
Таблица 16.3
Характеристика торговых марок твинов
Торговая |
Химическое название |
n |
Консистенция |
ГЛБ |
|
марка |
(±1) |
||||
|
|
|
|||
Твин-20 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмонолаурат |
6 |
Жидкий |
16,7 |
|
Твин-40 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмонопальмитат |
6 |
Жидкий |
15,6 |
|
Твин-60 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмоностеарат |
6 |
Жидкий |
14,9 |
|
Твин-61 |
Полиоксиэтилен-(4)-сорбитанмоностеарат |
2 |
Твердый |
9,6 |
|
Твин-65 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитантристеарат |
6 |
Твердый |
10,5 |
|
Твин-80 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмоноолеат |
6 |
Жидкий |
15,0 |
|
Твин-81 |
Полиоксиэтилен-(5)-сорбитанмоноолеат |
2 |
Жидкий |
10,0 |
|
Твин-85 |
Полиоксиэтилен-(20)-сорбитанмоноолеат |
6 |
Жидкий |
11,0 |
Наиболее распространен твин-80 (полисорбат-80) – ярко-желтая жидкость, растворима в воде, спирте, маслах. Используется как компонент
основ: |
|
Твина-80 |
7,0 |
Цетилового спирта |
17,0 |
Вазелина |
25,0 |
Масла вазелинового |
20,0 |
Глицерина |
15,0 |
Воды очищенной |
36 мл |
16.7. ТЕХНОЛОГИЯ МЛС НА ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Производство МЛС сконцентрировано на фармацевтических фабриках или крупных химико-фармацевтических заводах (крупнотоннажное производство). Отличительными особенностями производства мазей в заводских условиях является то, что их готовят в специальных цехах с применением сложного оборудования по технологиям, обеспечивающим их стабильность не менее 2-х лет, в соответствии с разработанной и утвержденной документацией.
Изготовление нестерильных МЛС осуществляется в производственных помещениях, соответствующих D классу чистоты, а стерильные мази – в помещениях С или А класса чистоты.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
В фармацевтическом производстве чаще приходится приготавливать комбинированные мази, содержащие компоненты, растворимые и нерастворимые в основе или воде. Все это определяет технологию получения мазей и применяемую аппаратуру. В технологии МЛС очень важными являются следующие факторы: степень дисперсности лекарственных веществ, способ введения лекарственных веществ в основу, время, скорость и порядок смешивания компонентов, температурный режим и другие параметры. Они влияют на консистенцию, реологические свойства, однородность, стабильность при хранении и фармакотерапевтическую эффективность мазей.
Лекарственные вещества находятся в окружении вязкой основы, высвобождение из которой затруднено. С увеличением дисперсности лекарственных веществ возрастает их удельная поверхность, что увеличивает поверхность контакта с кожей и слизистыми оболочками организма и увеличивает биологическую доступность. Поэтому при изготовлении мази требуется достичь максимальной дисперсности лекарственных веществ и равномерного распределения их в основе. Мази готовят на основе, указанной в частных статьях.
Лекарственные вещества вводят в основу в соответствии с их физикохимическими свойствами:
–жирорастворимые лекарственные вещества предварительно растворяют
врасплаве гидрофобной основы или гидрофобных компонентах сложных основ;
–водорастворимые лекарственные вещества растворяют в воде, являющейся составной частью мази, а затем смешивают с основой;
–нерастворимые ни в воде, ни в основе лекарственные вещества предварительно измельчают в наимельчайший порошок, растирая с половинным количеством (от массы лекарственных веществ) предварительно расплавленной основы, получая концентрат;
–летучие вещества вводят в состав мазей в последнюю очередь при температуре не выше 40 °С.
16.7.1. Технология гомогенных мазей
Гомогенные мази характеризуются отсутствием межфазной поверхности раздела между лекарственными веществами и основой. Лекарственное вещество распределено в основе по типу раствора, т. е. находится в молекулярной или мицеллярной степени дисперсности.
Мази-растворы готовят, когда лекарственные вещества растворимы в ос-
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
нове. В таких случаях надо стремиться растворить вещества в основе, так как при растворении достигается их максимальное диспергирование и лучшая возможность всасывания. Лекарственные вещества растворяют в теплой основе и перемешивают до остывания массы.
При изготовлении мазей-растворов надо учитывать, что их нельзя готовить в концентрации, близкой к насыщенной (для избежания выкристаллизации лекарственных веществ).
Экстракционные мази в настоящее время встречаются редко. Их получают путем экстрагирования (извлечения) действующих веществ из растительного или животного лекарственного сырья расплавленной мазевой основой или растительным маслом. Примером является масло белены. Такие мази широко применяются в гомеопатии и в зарубежной практике (мазь сушеницы топяной, мазь зверобойная, мазь эхинации пурпурной и др.).
16.7.2. Технология гетерогенных мазей
Гетерогенные мази характеризуются наличием межфазной поверхности раздела между лекарственным веществом и основой.
Мази суспензионного типа. Содержат твердые лекарственные порошкообразные вещества, измельченные до микроскопических размеров, не растворимые в основе и распределенные в ней по типу суспензии. Мази суспензионного типа готовят в тех случаях, когда в прописи выписаны:
–лекарственные вещества, нерастворимые ни в воде, ни в основе.
–лекарственные вещества (на гидрофобной или дифильной основе), растворимые в воде, но для растворения которых требуется значительное количество (более 3% от массы мази) воды (кислота борная, натрия тетраборат и т. п.).
Лекарственные вещества, растворимые в воде, но обладающие токсическим действием на организм (цинка сульфат, резорцин) в дерматологические мази вводят по типу суспензии.
Степень фармакотерапевтической активности суспензионных мазей зависит от величины частиц лекарственных веществ и типа основы. При введении лекарственных веществ требуется достичь их максимальной дисперсности и удельной поверхности.
Мази эмульсионного типа (кремы). Мази мягкой консистенции,
представляющие собой эмульсии типа масло/вода или вода/масло. Для получения стабильных эмульсионных мазей необходимо добавление
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
эмульгатора. Чаще всего используют эмульгаторы, стабилизирующие эмульсии типа вода/масло.
Комбинированные мази – это многофазные мази, представляющие собой сочетание предыдущих типовых случаев. При приготовлении мазей комбинированного типа руководствуются правилами, предусмотренными для отдельных типов мазей.
Технологический процесс производства мазей на химикофармацевтических предприятиях включает стадии, указанные на рис. 16.3:
Подготовка
производства
Подготовка
сырья
Получение
основы
Получение
концентрата
Получение
мази
Гомогенизация
Фасовка, маркировка, упаковка
Рис 16.3. Схема технологического процесса получения МЛФ
В зависимости от сложности рецептуры мазей и физико-химических свойств, входящих в их состав компонентов, в технологическую схему производства могут быть включены различные операции. Все стадии и операции строго контролируются в соответствии с технологическим регламентом от начала и до конца производственного цикла.
Подготовка основы включает в себя операции растворения или сплавления ее компонентов с последующим удалением механических примесей мето-
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
дом фильтрования.
Плавящиеся компоненты основы (вазелин, ланолин, воск, твердые эмульгаторы № 1 и 2, эмульсионные воски, полиэтиленоксид 1500 и др.) расплавляют в электрокотлах или в плавительных котлах с паровыми рубашками (рис. 16.4).
По форме они могут быть цилиндрическими или сферическими, а для слива растопленной массы их делают опрокидывающимися или со сливными кранами, с тэнами или паровой рубашкой. Как правило, такие котлы имеют многолопастную мешалку, фторопластовые скребки, крышка котла подъёмная, сдвигающаяся с люком на эксцентрике, мешалка и скребки быстросъемные. Котлы приспособлены механизмом подъема крышки, выгрузка происходит снизу, частота вращения мешалки от 10 до 200 об/мин.
Рис. 16.4. Плавительный котел (смеситель)
В плавительный котел загружают (через крышку) компоненты для приготовления мазевой основы (в строгом порядке по убыванию температуры плавления). Далее масса нагревается и тщательно перемешивается. Готовая смесь через фильтр, который задерживает все механические включения и другие включения, поступает в основной реактор для дальнейшего приготовления мази. Мазевые котлы включены в группу вспомогательного оборудования для производства.
Расплавленную основу по обогреваемому трубопроводу переводят в реактор для приготовления мази. Для перекачивания расплавленной основы используют различные типы насосов. Наиболее целесообразно использовать шестеренчатые насосы, так как они хорошо работают в вязких средах.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Подготовка, лекарственных веществ включает измельчение, просеивание (если лекарственные вещества входят в мазь по типу суспензии); растворение в воде или компоненте мазевой основы (если это мазь-эмульсия или мазьраствор).
Введение лекарственных веществ в основу может включать растворение веществ в основе (мазь-раствор) или добавление твердых веществ к основе (мазь-суспензия). В случаях комбинированных мазей могут осуществляться и тот и другой процессы. При производстве суспензионных мазей, простого перемешивания бывает недостаточно для получения необходимой однородности и степени дисперсности лекарственного вещества во всем объеме мазевой основы. Поэтому для таких мазей характерной стадией является приготовление концентрата, когда лекарственное вещество в отдельном реакторе смешивают и гомогенизируют с частью или с отдельным компонентом мазевой основы. При диспергировании твердого вещества в присутствии жидкого компоненты не только умешьшается размер частиц дисперсной фазы, но и наблюдается получение более равномерного и однородного распределения твердого тела в жидкой среде. После получения концентрата его вводят к остальной части основы. Для получения концентрата используют различные мельницы и гомогенизаторы, наиболее часто из которых используют: перфорированные дисковые мельницы, коллоидные, корундовые, кольцевые мельницы и в строенные гомогенизаторы (например, РПА погружного типа).
Для введения лекарственных веществ в основу используются мазевые котлы или реакторы. Они снабжаются мощными мешалками, приспособленными для работы в вязких средах (якорные, турбинные, планетарные и др.).Видео
Типовой реактор представлен на рис.16.5 и предназначен для смешивания густых компонентов с высокой вязкостью. Он имеет корпус, крышку с вмонтированной в нее загрузочной воронкой, смотровое окно, клапаны, штуцера и патрубки для введения различных компонентов. Внутри корпуса расположена якорная мешалка со скребками, соответствующими профилю корпуса. Мешалки коллоидная и турбинная обеспечивают качественное перемешивание компонентов мази. Загрузка реактора осуществляется через люки, расположенные в крышке, корпус имеет «рубашку» для подвода горячей или холодной воды.
|
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ |
Гомогенизатор с |
|
коллоидной |
|
мельницей и |
|
винтом питания |
Турбинная |
|
мешалка |
Паровая рубашка |
Якорная мешалка |
(для охлаждения |
со скребками |
и/или нагрева) |
Выход |
|
продукта |
Рис. 16.5. Реактор-смеситель
Смешивание компонентов в реакторе можно производить при различных температурах, в среде инертного газа, с постоянным измерением температуры смеси, содержания в ней влаги, определения массы и других параметров.
Управление всеми операциями выполняется с пульта, на котором установлены записывающие устройства. Такого типа реакторы предназначены для получения мазей сплавов, растворов и эмульсионного типа.Видео
Однако с помощью только мешалок нельзя добиться необходимой дисперсности суспензионных мазей. Поэтому мази при их производстве подвергают гомогенизации, для чего используют мазетерки различных типов (дисковая, валковая, жерновая).
Дисковая мазетерка состоит из двух дисков, расположенных горизонтально, один под другим. Вращается нижний диск, верхний неподвижный скреплен с воронкой, в которую подается мазь. В воронке имеется мешалка или скребки, способствующие движению мази. На дисках имеются насечки, более глубокие в центре и сходящие на нет к краям. Мазь поступает в просвет между дисками в центр растирается и одновременно перемещается к краям, с которых снимается скребками в приемник. Степень размола регулируется расстоянием между дисками. Производительность дисковой мазетерки 50-60 кг мази в час.
Валковая мазетерка состоит из двух или трех параллельно и горизон-
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
тально расположенных вращающихся валов с гладкой поверхностью (рис. 16.6). Они могут быть изготовлены из ф арфора, базальта или металла. Для создания оптимальной температуры мази, поступающей на валки, их изготавливают полыми, чтобы при необходимости во внутрь можно было подавать воду. При работе валки вращаются с разной скоростью – 38 об/мин, 16 об/мин и 6,5 об/мин (последний, кроме того, совершает колебательные движения). Дифференциацию скоростей вращения валков обеспечивают специальные шестерни.
2
6,5 об/мин |
16 об/мин |
38 об/мин |
|
I |
II |
III |
3 |
1
Рис. 16.6. Схема роботы трехвальцовой мазетерки
Мазь помещают в бункер (2), из него она самотеком поступает на валки, зазор между которыми регулируется. С третьего валка мазь поступает по направляющему желобу (3) в приемник фасовочной машины. Различная скорость вращения валков обеспечивает переход мази с одного вала на другой. Измельчающее действие их складывается из трех моментов:
–твердые частицы (комки) раздавливаются или дробятся в щелях между валками (1, 2);
–размалывающее действие далее усиливается перетирающим действием валков (2, 3), вследствие большей их скорости вращения;
–растирающее действие усиливается дополнительными колебательными движениями третьего вала вдоль своей оси и соответствующим зазором между валками.
Валковые мазетерки имеют предохранительное устройство, автоматически останавливающее их работу при попадании посторонних предметов в зазоры между валками. Производительность их – около 50 кг мази
вчас.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Существенно интенсифицировать процессы, протекающие при изготовлении таких дисперсных систем, как эмульсионные, суспензионные и комбинированные мази, можно путем применения РПА. (Его устройство и принцип работы приведены в главе «Суспензии и эмульсии».)
При изготовлении мазей, содержащих аморфные вещества (сера, окись цинка, крахмал и др.), с помощью РПА возможно исключение стадии предварительного измельчения лекарственных веществ. Производство мазей, содержащих лекарственные вещества с прочной кристаллической решеткой (борная кислота, стрептоцид) предусматривает предварительное тонкое измельчение препаратов перед применением РПА. В любом случае его применение позволяет экономить время, электроэнергию и снижать количество вспомогательных веществ по сравнению с традиционными методами приготовления мазей.
Технологический процесс приготовления мазей может быть периодическим и непрерывным. Периодический процесс может быть многоступенчатым и зависит от числа аппаратов, в которых последовательно проводят отдельные стадии.
16.8. СТАНДАРТИЗАЦИЯ МАЗЕЙ
Внутрицеховой контроль мазей осуществляется на каждой стадии и операции и особенно перед фасовкой препарата с тем, чтобы убедиться в качественном изготовлении продукта. Окончательное заключение по всем показателям качества готовой продукции дает отдел контроля качества (ОКК) предприятия.
МЛС обычно контролируют по такими показателям качества: описание, идентификация, микробиологическая чистота, количественное содержание. Если необходимо, дополнительно контролируют размер частиц, рН, кислотное и перекисное числа, сосутствующие примеси, стерильность, герметичность контейнера.
Фармакопеи многих стран требует испытания мазей на микробную чистоту. В это понятие входит количественное определение жизнеспособных бактерий и грибов, а также выявление определенных видов микроорганизмов, наличие которых недопустимо в нестерильных лекарственных средствах.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Мягкие лекарственные средства, предназначенные для применения на кожу с тяжелыми повреждениями, детские и глазные должны быть стерильными или отвечать требованиям статьи «Эффективность антимикробных консервантов», и требованиям статьи «Микробилогическая чистота лекарственных средства».
Отклонения в массе мазей, расфасованных в банки или тубы, проверяют путем взвешивания 10 доз.
Для суспензионных мазей определяется дисперсность частиц с помощью окулярного микромера микроскопа по методике ГФУ. Нормы степени дисперсности твердых частиц являются индивидуальными для каждой мази и должны быть указаны в частных статьях фармакопеи и другой АНД.
Степень дисперсности в эмульсионных мазях также может быть установлена с помощью электронного микроскопа с окуляр-микрометром при условии окраски дисперсной фазы. При этом определяют диаметр 1000 капель, а затем вычисляют в процентах содержание капель разного размера. Метод легко выполним, однако нормы качества для эмульсионных мазей пока ни в одной фармакопее не указаны.
Количественное содержание лекарственных веществ выражают в граммах, милиграммах или единицах активности (ЕА) в 1 г лекарственного средства. Для консервантов регламентируют и контролируют верхнюю и нижнюю границы содержания. Для остальных вспомогательных веществ, способных негативно влиять на физиологические функции, контролируют и регламентируют верхнюю границу содержания. Если вспомогательное вещество влияет на биодоступность действующего вещества, регламентируют верхнюю и нижнюю границы содержания и проводят количетсвенное определение.
Методика определения герметичности контейнера. Отбирают 10 туб лекарственного средства и тщательно вытирают их внешнюю поверхность фильтровальной бумагой. Тубы помещают в горизонтальном положении на лист фильтровальной бумаги и выдерживают в термостате при температуре (60±3) °С в течение 8 ч. На фильтровальной бумаге не должно быть потеков ни из одной тубы. Если потеки наблюдаются только из одной тубы, испытание проводят дополнительно еще с 20 тубами. Если потеки наблюдаются более чем из одной тубы, результаты испытаний считают неудовлетворительными. Результаты испытаний считают удовлетворительными, если не наблюдается
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
большинство их в довольно широком интервале температур ведут себя как упругие тела, которые под влиянием деформирующих сил проявляют вязкие и пластические свойства, т.е. при приложении механической силы, большей чем предельная (предел текучести), мазь начинает непрерывно и необратимо деформироваться (течь). Эту способность мазь приобретает в результате увеличения кинетической энергии частиц ее структурного каркаса вследствие разрыва связей между ними.
Условия, при которых мази, как пластичные тела, могут течь, отличаются от условий текучести жидкостей и не подчиняются закону Ньютона. Внутреннее трение мазей не является их физической константой подобно вязкости нормальных жидкостей, а изменяется в широких пределах с изменением условий, в которых происходит их течение. Вязкость изменяется с изменением деформирующей силы (напряжение сдвига), скорости течения (градиент скорости сдвига) и других переменных факторов.
При построении графиков зависимости скорости сдвига тела (Dг) от напряжения сдвига (г) можно получить кривые его течения. По этим признакам все тела можно классифицировать на четыре разновидности (рис. 16.7). В случае, когда скорость течения тела при обычной температуре прямо пропорциональна приложенному напряжению сдвига и кривая течения проходит через начало координат (рис. 16.7, кривая а), эти тела относятся к классу ньютоновских жидкостей (вода, минеральные и растительные масла, спирты, низкомолекулярные полиэтиленоксиды, твины и другие низкомолекулярные жидкости). Текучесть растворов полимеров, слабоконцентрированных коллоидных систем, гелей, мыл и других веществ характеризуется кривой б на рис. 16.7. Течение пластичных тел начинается лишь после того, как создаваемое напряжение превысит минимальное значение предела текучести τ), которое у пластичных тел нарастает пропорционально напряжению сдвига (рис. 16.7, кривая в). Если же по мере рос та напряжения сдвига скорость течения тела нарастает аномально (рис. 16.7, кривая г), то такие тела относятся к квазипластичным. Многочисленные исследования свидетельствуют, что мази, пасты, высококонцентрированные эмульсии, вазелин, ланолин, петролят, их сплавы с ПАВ и т.п. относятся к пластичным или квазипластичным телам.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
|
|
а |
б |
в |
г |
Скорость сдвига |
|
|
|
|
|
τ |
τ' |
Напряжение сдвига |
|
||
Рис. 16.7. Зависимость скорости сдвига (Dг) от напряжения сдвига (τ) для различных реологических тел
Течение пластичного тела можно охарактеризовать таким уравнением:
τ |
= |
ε |
+ |
τ′ |
(16.2) |
|
γ |
β |
γ |
||||
|
|
|
где τ – напряжение, необходимое для поддержания постоянной деформации (ε) в течение заданного времени (t);
τ' – предел упругости, или текучесть;
γ– градиент скорости сдвига;
β– величина, обратная периоду релаксации при вязкости η (Релаксация – способность восстанавливать разрушенную структуру во времени).
Пластическую вязкость мази можно определить таким образом:
η =τ − |
τ′ |
(16.3) |
Dr
где τ' – динамический предел напряжения сдвига, представляющий по физическому смыслу силу, необходимую для преодоления статического сопротивления, после чего тело приобретает постоянную вязкость и начинает течь. Зависимость скорости деформации (Dг) от приложенного напряжения (τ) является наиболее важной реологической характеристикой свойства мази и может быть измерена с помощью различных приборов (вискозиметров, пластометров и т.п.).
Реологические характеристики кремов, мазей, паст, линиментов, эмульсий зависят от природы и количественных соотношений всех
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
компонентов системы, степени ее механической обработки, температуры и других факторов. Такая характеристика мазей, как зависимость эффективной вязкости от скорости сдвига мазей, учитывается при расчетах и эксплуатации оборудования для приготовления и фасовки мазей. Результаты многочисленных исследований показывают, что при учете реологических свойств перерабатываемого сырья можно значительно повысить эффективность технологических процессов.
На реологические свойства мазей в значительной степени влияет температура. При повышении температуры, как правило, прочностные и вязкостные свойства мазей резко снижаются, а при низких температурах – повышаются, что может отражаться на процессах гомогенизации и фасовки мазей, а также на определении оптимальных условий их хранения и транспортировки.
Структурно-механические характеристики мазей в значительной мере зависят от степени их механической обработки (гомогенизации), что важно учитывать для правильной организации технологических процессов и экономичности их проведения. Иногда вязкостные характеристики мазей, подвергнутых недостаточно интенсивной первоначальной обработке, могут в несколько раз превышать значения вязкости тех же мазей, структура которых интенсивно разрушена. Кроме того, под влиянием механических воздействий возможны процессы деструкции ВМС. В процессе получения мази эти соединения могут подвергаться одновременно механическому, тепловому, световому и другим воздействиям. Образующиеся радикалы при этом могут вступать в различные реакции, образуя новые вещества различного строения и размеров. В результате могут произойти изменения свойств ВМС, что отразится и на общих реологических свойствах мазевой системы (деполимеризация ПЭО, уменьшение или повышение вязкости и т.п.).
Весьма заметно влияет на структурно-механические свойства системы изменение ее рецептуры. Введение в состав мази лекарственных веществ, ПАВ и ВМС различной природы, воды и других компонентов приводит к изменению (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) реологических показателей.
Следует отметить, что сложность оценки качества мазей путем определения их реологических показателей заключается в том, что эти дисперсные системы обладают тиксотропностью, т.е. свойством изменять свою
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
структуру под механическим воздействием и стремлением восстановить прежнюю структуру после прекращения этого воздействия. При этом кривая течения систем в координатах: скорость сдвига – напряжение сдвига дает «гистерезисную петлю». Ширина петель гистерезиса может служить относительной оценкой степени структурообразовательных процессов в дисперсных системах. На эти процессы существенное влияние могут оказывать: температура, рецептура системы, степень разрушения структуры под влиянием механической обработки и другие факторы.
Удобство и легкость нанесения лекарственного средства на кожные покровы оценивается по тем усилиям, которые прилагаются для распределения на поверхности кожи определенного количества препарата. Этот процесс аналогичен процессу, происходящему во время сдвига испытуемого образца в ротационном вискозиметре, а усилие, затрачиваемое на намазывание, есть не что иное, как напряжение сдвига, которое характеризует сопротивляемость образца сдвиговым деформациям при определенной скорости.
Процесс изучения намазываемости изучают на ротационных вискозиметрах при температуре 34 ºС в интервале скоростей 145,8 – 243,0 с-1, при которых моделируется процесс намазывания мази на кожный покров. Показания измерительного прибора вискозиметра регистрируют через 2-3 с после начала и через 15 с работы прибора.
По полученным данным строят реограмму течения исследуемых образцов в координатах: скорость сдвига – напряжение сдвига. Полученную реограмму наносят на графическое изображение реологического оптимума намазываемости (рис. 16.8) для гидрофильных систем. Район реологического оптимума намазываемости гидрофильных мазей (площадь АБВГДЕКЛМ) характеризуется диапазоном реологических параметров – скорость сдвига 125275 с-1, напряжение сдвига 87-250 Па.
Район реологического оптимума определен в результате корреляции данных инструментального анализа реологических характеристик большого количества модельных систем и данных органолептической оценки намазываемости этих моделей.
Намазываемость исследуемого образца признается удовлетворительной в том случае, если полученная реограмма течения полностью укладывается в площадь, ограниченную районом реологического оптимума.
|
|
|
|
|
|
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ |
|||
сдвига |
300 |
|
|
Е |
Д |
|
|
|
|
250 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Напряжение |
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
200 |
|
|
К |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
150 |
|
Л |
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
А |
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость сдвига |
|
Рис. 16.8. Реологическая характеристика намазываемости
Для полной и объективной оценки характеристик консистентных свойств гидрофильных мазей необходима не только оценка намазываемости, но и полная реограмма течение (рис. 16.9), записанная при температуре 20 ºС в интервале скоростей 1,5-13120 с-1. Реограмма течения также должна полностью проходить через район реологического оптимума консистенции гидрофильных мазей, который представляет собой площадь, ограниченную кривыми АА, ВВ.
|
700 |
|
|
|
|
|
В |
|
сдвига |
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
А |
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
|
|
|
|
|
|
Скорость сдвига |
|
|
Рис. 16.9. Оценка консистентных свойств Таким образом, всестороннее изучение реологических характеристик
мазей представляет как теоретический интерес, так и практический, поскольку они могут служить эффективным и объективным контролем их качества на этапе создания, производства, хранения и применения.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
16.9. ФАСОВКА И УПАКОВКА МЛС. ХРАНЕНИЕ
Упаковку МЛС производят в емкости из различных материалов. Мази, содержащие водную фазу или летучие компоненты, упаковывают в емкости, предотвращающие их испарение. Для упаковки мазей часто используются банки стеклянные, фарфоровые, из полимерных материалов емкостью 10, 20, 30, 50 и 100 мл, которые закрываются завинчивающимися крышками, а также алюминиевые и полимерные тубы.
Для фасовки мазей ангро используют бочки (50-100 кг), жестяные или стеклянные банки (5-10-20 кг).
Мази фасуют с помощью шнековых и поршневых дозирующих машин. Наиболее удобной и современной упаковкой для мазей являются тубы,
изготовленные из металла или полимерных материалов. Туба является наиболее гигиеничной и удобной упаковкой – на нее можно наносить деления, допускающие дозирование мази, к ней могут прилагаться насадки (апликаторы) из пластмассы, позволяющие вводить мазь в полости и т.д. Для металлических туб используют алюминий марок А6 и А7. Внутренняя поверхность их покрывается лаком (ФЛ-559), а наружная – эмалевой краской, на которую затем наносится маркировка.
В качестве полимерных материалов для изготовления туб используют полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, поливинилхлорид.
С целью герметизации отверстие тубы закрывают сплошной тонкой алюминиевой пленкой, сверху навинчивается конический бушон. Внутри бушона имеется острый шип, которым прокалывают отверстие тубы при использовании.
Для наполнения туб используют тубонаполнительные машины линейного и карусельного типа.
Последовательность работы тубонаполнительных машин. На роторном столе смонтированы попарно тубодержатели. Пустые тубы с лотка при помощи подающего устройства устанавливаются на разжатых тубодержателях. Здесь же производится продувка туб и их вакуумирование с целью удаления пыли, остатков упаковочного материала и др. После перемещения роторного стола на определенно заданный угол происходит операция подтяжки колпачков для туб и их рихтовка (вдавливание туб в тубодержатели до отказа). Затем с помощью
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
фотоэлектрического устройства производится ориентация тубы по этикетке. Это же устройство играет и контрольно-блокирующую функцию, отключая подачу мази в случае отсутствия тубы в тубодержателе. В следующей позиции роторного стола происходит наполнение тубы мазью, которая из бункера подается по шлангам через наполнительные сопла. Сопло входит в тубу перед началом наполнения и поднимается по мере ее наполнения. По окончании происходит обратное отсасывание мази, благодаря чему она не вытекает из сопла в промежутках между стадиями наполнения. Далее происходит герметизация тубы. Края ее сплющиваются и туба фальцуется один раз на 180°. Затем производится окончательная фальцовка, сжатие фальца, нанесение на него рифления, цифр, обозначающих дату выпуска, серию и др. После этого тубы подаются на транспортер или к спусковому желобу.
Рис. 16.10. Общий вид тубонаполнительной машины
Тубонаполнительные машины могут иметь устройства, позволяющие наполнять тубы мазями в среде инертного газа (антибиотики, легкоокисляющиеся вещества). Машины часто комплектуются в линии с машинами, подающими пустые тубы, упаковочными машинами в бумажные пеналы, складывающими их в картонные коробки, обандероливающими и упаковывающими их в полиэтиленовую пленку. Эти машины одновременно наносят маркировку, сопроводительные надписи и др. Видео
Мази, независимо от вида упаковки, должны храниться в прохладном, защищенном от света месте. Мази, содержащие дубильные вещества, йод, ртуть не должны соприкасаться с металлическими предметами.
Эмульсионные мази и мази на эмульсионных основах должны храниться в заполненных доверху емкостях (во избежание испарения водной фазы) и при
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
температуре не ниже нуля и не выше 30-40°С.
Мази на жировых основах хранят при более низких температурах во избежание их прогоркания. В таких же условиях следует хранить мази, содержащие термолабильные вещества и мази-суспензии.
16.10. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА МАЗЕЙ
Основой развития производства мазей на современном уровне является усовершенствование методов технологии, внедрение новой техники, приборов и аппаратов в фармацевтическую промышленность.
Количество наименований мазей постоянно увеличивается. Дальнейшее развитие получат мази, содержащие стероидные гормоны, антибиотики, растительные экстракты. Разрабатываются новые составы и технологии мазей для лечения и профилактики вирусных инфекций, опухолей, заболеваний сердечно-сосудистой системы, ЦНС и др.
Проводится направленный поиск новых вспомогательных веществ с заданными свойствами, обеспечивающими максимальный терапевтический эффект мазям. Изучаются в первую очередь высокомолекулярные соединения, а также мономерные синтетические вещества. Целенаправленный подбор соотношений вспомогательных веществ позволяет создавать мази, линименты, пасты, которые выдерживают температурные колебания от (−50)°С до +40°С и не расслаиваются.
Развитие научного направления в фармации – биофармации – позволяет дать «новую жизнь» уже известным и традиционно используемым препаратам. Экспериментальные данные подтверждают факты прямой зависимости фармакокинетической активности мазей от степени дисперсности лекарственных веществ, количества и природы основы, наличия в ней ПАВ, пенетратов. Одним из перспективных направлений является создание трансдермальных систем, содержащих мази.
В качестве нового направления в создании мазей можно отметить исследования с целью разработки сухих мазей и мазевых основ, а также средств, селективно удерживающих или разрушающих аллергены, являющиеся частой причиной профессиональных заболеваний.
МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
С помощью мазей можно проводить вакцинацию организма (так называемые «диагностические» мази). Во Франции запатентован состав противооспенной вакцины, представляющий собой дисперсию лиофилизированного вируса в силиконовом масле высокой вязкости. Известен перкутанный способ диагностики туберкулеза мазью туберкулина, которую втирают в подключичную область; при положительном результате на поверхности кожи можно различить три степени реакции.
В форме мазей препараты могут быть более эффективными и являться конкурентами многих других способов введения лекарств. Так, тетурам, введенный в организм в форме ректальной мази в 2 раза быстрее поступает в кровь, чем при пероральном введении его в виде порошка. 1% фетанолпилокарпиновая мазь более эффективна, чем 3 % и 5 % растворы, применяемые для повышения внутриглазного давления.
Однако многие вопросы взаимодействия мазей, как физико-химических систем и макроорганизма, как биологической системы, остаются не решенными. Созданию новых основ для мазей, совершенствованию технологии их изготовления, разработке современных способов оценки качества должны предшествовать глубокие научные исследования фармацевтических факторов, которые в конечном итоге и определяют их терапевтическую активность. Перспективным направлением является разработка и производство мазевых повязок которые применяются для лечения гнойных ран, хирургических инфекций, аутодермопластики и др. Мази, приготовленные на различных основах, наносят на хлопчатобумажную или вискозную ткань. Такая повязка с мазью способствует удалению экссудата, быстрому заживлению ран, она гигиенична.
Необходима организация и расширение производства в Украине полидиэтил– и полидиметилсилоксановых жидкостей, кремнийорганических соединений, эфиров фталевой кислоты и высших жирных спиртов, а также их оксиэтилированных производных с целью использования их в качестве гидрофобных основ для мазей.
Вышеуказанные направления развития МЛС не исчерпывают себя, так как мази являются сложными системами, на качество которых влияют многочисленные факторы, зачастую определяющие их терапевтическую эффективность.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ГЛАВА 17. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Лекарственные средства для ректального применения (ректальные ле-
карственные средства) предназначены для введения в прямую кишку с целью получения системного или местного действия. Они могут также использоваться с диагностической целью. Лекарственные средства для ректального применения классифицируют на:
–ректальные суппозитории;
–ректальные капсулы;
–ректальные растворы, эмульсии и суспензии;
–порошки и таблетки для приготовления ректальных растворов или суспензий;
–мягкие лекарственные средства для ректального применения;
–ректальные пены;
–ректальные тампоны.
Лекарственные средства для вагинального применения (вагинальные лекарственные средства) могут быть жидкими, мягкими или твердыми, которые предназначены для применения во влагалище с целью обеспечения местного действия. Они содержат одну или более действующих веществ в соответствующей основе. Лекарственные средства для вагинального применения классифицированы в ГФУ как:
–пессарии;
–вагинальные таблетки;
–вагинальные капсулы;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
–вагинальные растворы, эмульсии и суспензии;
–таблетки для приготовления вагинальных растворов и суспензий;
–мягкие лекарственные средства для вагинального применения;
–вагинальные пены;
–вагинальные медицинские тампоны.
Наиболее популярной лекарственной формой, применяемой в проктологии и гинекологии, считают суппозитории. Суппозитории (Suppositoria) в переводе с латинского языка означают «подставлять, подкладывать».
Эта лекарственная форма известна человечеству не одно тысячелетие. Впервые о ректальных суппозиториях упоминалось в древнейших папирусах, относящихся к 2600 г. до н.э. Из дошедших до нас письменных памятников нам известно, что обитатели Месопотамии и Египта лечили суппозиториями, состоящими из растительных и животных жиров, меда, ладана, соков растений, смол и др. Эти вещества использовались как основы приблизительно до XVIII века, затем до конца второго десятилетия ХХ столетия в качестве суппозиторной основы использовалось исключительно масло какао. В настоящее время внедрено большое количество суппозиторных основ, заменивших предыдущую, и обладающих неоспоримыми преимуществами перед маслом какао.
17.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЩИЕ СВОЙСТВА
Суппозитории – твердые при комнатной температуре и расплавляющиеся или растворяющиеся при температуре тела, дозированные лекарственные формы. Государственная фармакопея Украины дает им следующее определение: суппозитории – твердые однодозовые лекарственные средства, форма, объём и консистенция которых должны соответствовать применению. Они могут содержать одно или больше действующих веществ, диспергированных или растворенных в подходящей основе, которая может растворяться или диспергироваться в воде, или плавиться при температуре тела.
В состав суппозиториев, если необходимо, могут входить вспомогательные вещества, такие как разбавители, адсорбенты, поверхностно-активные и смазывающие вещества, антимикробные консерванты, а также красители, разрешенные к медицинскому применению.
Термин «суппозитории» подразумевает группу лекарственных форм, предназначенных для введения в полости тела. Различают суппозитории рек-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
тальные (свечи), вагинальные и палочки.
Ректальные суппозитории (Suppositoria rectalia) предназначены для введения в прямую кишку. Они могут иметь форму конуса, цилиндра с заостренным концом, торпеды или сигары с максимальным диаметром 1,5 см. Масса одного суппозитория должна находиться в пределах от 1,1 до 4 г. Длина свечей может находиться в пределах 2,5 – 4 см при ширине в основании не более 1,5 см. Масса суппозитория для детей должна быть от 0,5 до 1,5 г (рис. 17.1 а).
Вагинальные суппозитории (Suppositoria vaginalia) используют для введе-
ния во влагалище. Суппозитории, применяемые в гинекологии, принято называть пессарии – твердые однодозовые лекарственные средства. Онимогут быть разной формы: сферическими (шарики – globuli), яйцевидными (овули – ovula) или иметь форму «языка» – плоского тела с закругленным концом (пессарии – pessaria), по объему и консистенции должны отвечать вагинальному применению. Они могут содержать одно или несколько действующих веществ, диспергированных или растворенных в подходящей основе. Масса одного вагинального суппозитория колеблется в пределах от 1,5 до 6 г. (рис. 17.1 б).
Палочки (Bacilli) предназначены для введения в мочеиспускательный канал, канал шейки матки, свищевые и раневые ходы, слуховой проход. Они имеют форму цилиндров с заостренным концом толщиной 2-5 мм и длиной до
10 см (рис. 17.1 в).
Рис. 17.1. Разновидности форм суппозиториев:
а – ректальные: 1 – цилиндр с заостренным концом; 2 – форма конуса; 3 – форма торпеды;
б – вагинальные: 1 – шарики; 2 – овули; 3 – пессарии; в – палочки.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Общим свойством суппозиториев является их способность при комнатной температуре находиться в состоянии твердых тел, а при температуре тела превращаться в жидкость. Это свойство имеет важное значение при медицинском применении данных лекарственных форм. Твердость суппозиториев дает возможность преодолеть рефлекторное сопротивление мышц и тканей, а жидкая консистенция в полостях тела – равномерно распределить по слизистой лекарственные вещества, которые могут оказывать на организм как местное (локальное) действие, так и резорбтивное (системное).
В последние годы в Украине увеличился промышленный выпуск этих лекарственных форм, что обусловлено значительными преимуществами их по сравнению с другими.
Суппозитории можно применять в случаях скорой неотложной помощи, так как их фармакологический эффект проявляется значительно быстрее, чем у пероральных лекарственных форм. Это связано с быстрой всасываемостью лекарства в толстом кишечнике и попаданием их в кровь, минуя печень через средние и нижние геморроидальные вены. По времени воздействия суппозитории приближаются к инъекционным препаратам, но их введение не нарушает целостность кожного покрова. Кроме того, ректальное применение лекарств очень часто дает возможность снизить одноразовую дозу за счет пролонгированного высвобождения их из суппозиториев. Многие лекарства при пероральном введении инактивируются ферментами пищеварительных соков, могут травмировать желудочно-кишечный тракт и печень – этих недостатков лишены ректальные лекарственные формы.
Различают суппозитории общего и локального действия. Суппозитории общего действия рассчитаны на быстрое всасывание действующих ингредиентов в кровь. Эта самая большая и все увеличивающаяся группа суппозиториев. Суппозитории местного (точнее, преимущественно местного) действия применяют главным образом в следующих случаях: для облегчения дефекации, с целью местного воздействия препарата на тот или иной воспалительный процесс в прямой кишке и для снятия болей.
Для опорожнения кишечника используют два вида суппозиториев: вызывающие местное раздражение слизистой оболочки прямой кишки (мыльноглицериновые суппозитории, полые суппозитории с глицерином, суппозитории с хинина гидрохлоридом, суппозитории с бисакодилом и другими веществами) и так называемые шипучие суппозитории, которые в присутствии влаги выде-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ляют углекислый газ, рефлекторно вызывающий резкое усиление двигательной активности кишечника. Такие суппозитории содержат смеси высушенных кислот, кислых солей и обычно карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. К этой группе суппозиториев относят суппозитории, состоящие из быстро набухающих волокнистых материалов.
Впоследние годы среди различных способов регулирования стула и лечения запоров большое внимание уделяют ректальным суппозиториям в связи с тем, что применение обычных лекарственных слабительных средств (особенно солевых) и клизм во многих случаях затруднительно или даже нежелательно. Противопоказаниями являются инфаркт миокарда, кровоизлияние в мозг, печеночная и почечная колики, сопровождающиеся запором, и другие заболевания, а также явления раздражения кишечника и ослабление его мышечного аппарата.
Для воздействия на локально протекающий процесс в прямой кишке (проктиты, язвенные колиты и т. д.) используют суппозитории, содержащие различные стероидные гормоны, антибиотики (в этом случае имеет место всасывание препаратов; однако цель их назначения – подавление местной воспалительной реакции).
Ввиде суппозиториев назначают лекарственные вещества с разнообразными фармакологическими и физико-химическими свойствами, но чаще других
–спазмолитики, сердечные гликозиды, мочегонные, антипиретики, анальгетики, алкалоиды, барбитураты, антибиотики, гормоны, витамины. Особенно быстро растет число детских суппозиториев.
17.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
С физико-химической точки зрения суппозитории рассматривают как дисперсные системы, состоящие из дисперсионной среды, представленной основой, и дисперсной фазы, в роли которой выступают лекарственные вещества. В зависимости от свойств лекарственных веществ суппозитории могут создавать различные дисперсионные системы. Гомогенные системы образуются в тех случаях, когда лекарственное вещество растворяется в основе или сплавляется с ней. Гетерогенные системы образуются в случаях, когда лекарственные вещества вводятся в основу по типу эмульсии или суспензии.
В структуре суппозиториев различают основные (лекарственные вещест-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ва) и вспомогательные (носители или основа) компоненты.
К суппозиторным основам предъявляется ряд требований:
−они должны сохранять достаточную твердость при комнатной темпе-
ратуре;
−температура плавления или растворения должна быть близкой к температуре человеческого тела;
−не должны раздражать слизистую прямой кишки или вызывать другие нежелательные действия, т.е. должны быть физиологически индифферентными;
−не должны препятствовать высвобождению и терапевтическому действию лекарственного вещества;
−не должны взаимодействовать с лекарственными веществами, вводимыми в суппозиторную массу.
Суказанными общими требованиями тесно связаны и технологические требования к основам. К ним относятся:
−химическая и физическая стабильность основы в процессе изготовления и хранения суппозиториев;
−способность легко формоваться и сохранять необходимую твердость при введении;
−способность эмульгировать необходимое количество растворов;
−иметь определенную пластичность, вязкость, время деформации, т.е. определенные структурно-механические свойства.
Этим требованиям удовлетворяют применяемые в фармацевтической промышленности различных стран липофильные, гидрофильные основы и их смеси.
Липофильные основы. В качестве суппозиторных основ фармакопеи многих стран мира рекомендуют использовать масло какао, сплавы его с парафином и гидрогенизированными жирами, растительные и животные гидрогенизированные жиры, твердый жир, ланоль, сплавы гидрогенизированных жиров с воском, твердым парафином.
Масло какао в настоящее время в фармакопеях ряда стран остается официнальной фармакопейной основой. Оно состоит из смеси триглицеридов: тристеарина, трипальметина, триолеина, трилаурина, триарахина. Состав масла какао объясняет полиморфные модификации этой основы с различными физиче-
скими свойствами. Плавление данной основы выше 36 °С и последующее ох-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
лаждение в различных условиях, а также хранение при температуре выше 10 °С, приводит к переходу масла какао в модификацию с низкой точкой плавления (23-24 °С) и низкой температурой застывания (17-18 °С), что вызывает трудности при формовании суппозиториев. Также, масло какао плохо эмульгирует водные растворы, склонно к прогорканию из-за большого содержания олеиновой кислоты (около 30%) и может содержать жизнеспособные микроорганизмы.
Для улучшения структурно-механических свойств и способности к высвобождению лекарственных веществ к этой основе прибавляют различные вспомогательные вещества: лецитин, белый воск, крахмал, микрокристаллическую целлюлозу, аэросил, пальмовое масло. Приблизительно такими же свойствами, как и масло какао обладают масла лавра черешкового и кориандра.
Гидрогенизированные жиры позволяют создавать суппозиторные основы, лишенные недостатков масла какао. Еще в 1934 году А.Г. Босин разработал суппозиторную основу бутирол – сплав гидрогенизированных жиров с парафином. Как заменитель масла какао в настоящее время широко используются сплавы гидрогенизированных жиров с жироподобными веществами, эмульгаторами или углеводородными продуктами.
В промышленном производстве суппозиториев используется основа, в состав которой входит 30% масла какао, 49-60% гидрированного подсолнечного масла и 10-21% парафина; ланолевая основа, состоящая из 60-80% ланоля (смесь сложных эфиров фтолиевой кислоты и высокомолекулярных спиртов), 10-20% кулинарного жира и 10-20% парафина.
Определенный интерес для промышленного выпуска суппозиториев представляют твердый кондитерский жир на пальмоядровой основе и на основе пластифицированного саломаса. Эти жиры имеют мелкозернистую кристаллическую структуру, которая плавится в узком температурном интервале без заметных фазовых превращений, что выгодно отличает их от масла какао и ряда других суппозиторных основ.
Для повышения температуры плавления сплавов используются воск, парафин, озокерит и спермацет. Ланолин, лецитин, холестерин вводят для лучшего эмульгирования жидкостей.
Жирные и жироподобные основы в зависимости от состава имеют разную вязкость и пластичность, и от этого зависит выбор метода изготовления суппозиторных форм.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Из известных зарубежных липофильных основ особый интерес представляют основы, представленные торговыми марками витепсол, эстаринум, лазупол. Эти липофильные основы хорошо эмульгируют водные растворы лекарственных веществ, быстро затвердевают, имеют температуру плавления, близкую к температуре тела.
Витепсол (или имхаузен) (Германия) представляет собой смесь триглицеридов лауриновой и стеариновой кислот, содержащая добавки эмульгатора моноглицеринового эфира лауриновой кислоты. Температура плавления 33,5- 35,5°С. Время полной деформации основ в пределах 15 минут. Выпускается витепсол различных групп Н, V, S, Е, различающихся интервалом физикохимических свойств, в основном связанных с температурой плавления (растворения) и застывания основы.
Эстаринум выпускается в виде нескольких модификаций, различающихся физико-химическими характеристиками. В химическом отношении основа представляют собой смеси моно-, ди- и триглицеридов насыщенных жирных кислот.
Лазупол состоит из эфиров фталиевой кислоты с высшими спиртами (например, цетиловым и/или стеариловым спиртами). Выпускается нескольких модификаций лазупола, различающихся температурой плавления (34-37°С), застывания и способностью к эмульгированию водных растворов.
Французскими производителями на международном рынке представлены основы под торговой маркой суппоциры, подобные основам с торговыми марками витепсол, лазупол и эстаринум.
Для гидрофобных основ характерны фармакологическая индифферентность, способность смешиваться со многими лекарственными веществами и легко высвобождать их. Но они недостаточно стойки, прогоркают (гидрогенизированные жиры более стойкие), а продукты окисления жиров могут взаимодействовать с лекарственными веществами, раздражать слизистые оболочки.
Гидрофильные основы. Современные гидрофильные основы представлены, в основном, полиэтиленгликолями – конденсированными полимерами этиленоксида и воды. Отечественной промышленностью выпускаются полиэтиленгликоли, различающиеся молекулярной массой – ПЭГ-400, 1500, 2000, 4000, 6000. За рубежом полиэтиленгликолевые основы известны под названием «карбовакс» (США), «скурол» (Франция), «постонал», «суппофарм» (Германия). Эта группа основ способна растворяться в секретах слизистых оболочек,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
полностью высвобождать лекарственные вещества, не раздражая слизистую, имеют большой срок годности, высокую физиологическую индифферентность, сравнительно дешевы.
Желатин-глицериновые и мыльно-глицериновые основы значительно реже используются в производстве суппозиториев, хотя и включены в фармакопеи ряда стран. Они представляют интерес в экстемпоральной рецептуре в связи с коротким сроком годности.
Для обеспечения оптимальных структурно-механических характеристик суппозиторных основ к ним прибавляют стеараты алюминия, магния и другие соли жирных кислот, а также твины, эмульгаторы Т-2, №1, бентонит, глюкозу, крахмал, аэросил.
ПЭО-основы хорошо растворяют многие лекарственные вещества, а также сами растворяются в воде, обеспечивая хороший контакт введенных в состав субстанций со слизистыми оболочками, что значительно повышает их всасываемость. Они легко высвобождают лекарственные вещества в отличие от гидрофобных основ, снижают устойчивость микрофлоры к антисептикам. Такие основы могут храниться длительное время, не прогоркая.
Однако эти основы имеют и негативные свойства: их нельзя сочетать со многими веществами, которые имеют гидроксильные и карбоксильные группы. Кроме того, они обезвоживают слизистые оболочки, вызывая дискомфорт.
17.3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СУППОЗИТОРИЕВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Технология ректальных и вагинальных суппозиториев аналогична. Суппозитории в промышленном производстве изготавливают способами вылива-
ния расплавленной массы в формы и прессования на специальном оборудовании.
Метод выливания. Наиболее часто применяемый способ – это выливание расплавленной суппозиторной массы в формы. Промышленное производство суппозиториев этим способом проводится по технологической схеме, изображенной на рис. 17.2.
Процесс изготовления суппозиториев начинается с подготовки производства. Рекомендуемый класс чистоты помещений для данного производства – не ниже D. Подготовка оборудования – реакторов, емкостей, сборников, насосов,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
трубопроводов и др. осуществляется путем тщательной обработки их паром, горячей водой с моющими средствами, ополаскивания и сушки. Проводят санитарную обработку помещений, подготовку воздуха и подготовку рабочего персонала.
Подготовка
производства
Приготовление
основы
Получение
концентрата
Получение суппозиторной массы
Формование и упаковка суппозиториев
Упаковка суппозиториев в пачку
Рис. 17.2. Технологическая схема получения суппозиториев Приготовление основы. В реакторе из нержавеющей стали с паровой ру-
башкой и мешалкой сплавляют отвешенные компоненты основы при температуре 60-70 °С и перемешивании в течение 40-60 минут до полного расплавления веществ. В готовой основе определяют температуру плавления и время полной деформации. Если температура плавления основы больше или меньше заданной, ее исправляют введением высоко- и низкоплавких компонентов – парафина или гидрожира, добавляя их в подогретую до 60 – 70 °С основу при тщательном перемешивании. Затем основу фильтруют через друк-фильтр, используя латунную сетку или бельтинг, и передают в реактор, в котором происходит приготовление суппозиторной массы.
Получение суппозиторной массы или введение лекарственных веществ в основу. Лекарственные вещества вводят в основу в виде водных растворов (все водорастворимые), жировых растворов (жирорастворимые) или суспензий рас-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
тертых порошков в основах (нерастворимые в воде и жирах), то есть учитывают физико-химические свойства компонентов. Полученные растворы или суспензии называют концентратами.
Водорастворимые компоненты растворяют в воде, нагретой до 45°С (новокаин, резорцин, цинка сульфат), этаноле (йод кристаллический). Часто в с о- став суппозиториев входят густые экстракты, которые растворяют при перемешивании в равном количестве воды при температуре 45 – 48°С.
Жирорастворимые компоненты растворяют в части расплавленной жировой основы. Полученные концентраты фильтруют через капроновые сетки, а затем смешивают с остальной основой.
Вещества, нерастворимые в воде и основе (цинка оксид, висмута нитрат и др.), вводят в виде суспензии. Предварительно измельченные лекарственные вещества смешивают в реакторе с равным или полуторным количеством фильтрованной основы, нагретой до температуры 40-50°С. Полученный концентрат охлаждают и размалывают на коллоидных мельницах или для термолабильных веществ с помощью трехвальцовых мазетерок с зазорами между вальцами 5 – 10 мкм. Размалывание повторяют несколько раз для получения необходимого измельчения и однородности.
Для получения суспензий-концентратов можно использовать ротационнозубчатый насос, устройство которого приведено на рис. 17.3. Принцип работы насоса заключается в том, что смесь основы и порошка лекарственных веществ из реактора подается во всасывающую полость насоса (г) за счет вращения шестерен (а, б) навстречу друг другу. Концентрат заполняет просветы между зубьями и за счет этого частички измельчаются, после чего через нагнетающую полость (д) поступает в реактор. Размол в насосе продолжают в течение 40 – 60 мин. до получения требуемого измельчения лекарственных веществ.
в
а
д
г
б
Рис. 17.3. Устройство ротационно-зубчатого наноса РЗ-3а
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Гомогенизированный концентрат при помощи насоса (через капроновый фильтр) подают в реактор с рубашкой и, как правило, системой мешалок (якорной или рамной, лопастной и турбинной). Туда же поступает через друк-фильтр
иостальная часть жировой основы. От остатков концентрата полость насоса очищают подачей жировой основы. Приготовление суппозиторной массы проводится при постоянном перемешивании и подогреве до температуры 45-50°С. Использование 3-х мешалок разной конструкции позволяет достаточно быстро
икачественно гомогенизировать суппозиторную массу. Устройство реакторагомогенизатора итальянской фирмы «OLSA» приведено на рисунке 17.4.
Кроме того, для получения качественных суппозиторных масс в виде суспензий может использоваться и другое оборудование для гомогенизации – роторно-пульсационные аппараты, многорядные роликовые гомогенизаторы, коллоидные и роторно-бильные мельницы и другое оборудование. Время растирания концентрата длится от 2 до 4 час для получения необходимой степени дисперсности лекарственного вещества, вводимого в основу по типу суспензии.
Рис. 17.4. Устройство вакуумного реактора-гомогенизатора MACEF PHARMA фирмы «OLSA» (Италия)
После удовлетворительного анализа (однородность смешивания компонентов, температура застывания и плавления, время полной деформации) масса подается на выливание суппозиториев.
Формование и упаковка свечей. Для выливания суппозиториев используются автоматизированные линии «Servac 200S» и «Sarong 200S» немецкой
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
фирмы «Хефлингер и Карг», линии фирмы «Dott. Bonapace & C S.r.l.» (Италия),
фирмы «Luxun International Group» (Китай) серии GY (UXZ3A) производитель-
ностью от 8 до 30 тыс. шт./ час и др.
Автоматическая линия «Servac 200S» осуществляет непосредственное дозирование массы в формируемые ячейки из поливинилхлоридной пленки, их герметизацию с последующей укладкой продукции в пачки. Производительность линии составляет 16000-20000 шт. в час. Схема устройства автоматической линии «Servac 200S» представлена на рис. 17.5.
Принцип работы линии: с двух рулонов (позиция 1) стягиваются по одной вертикально стоящей ленте алюминиевой фольги. Обе ленты сначала ведутся раздельно и в позиции 2, благодаря режущему инструменту, разрезаются в вертикальном направлении, чтобы сделать возможной безукоризненную формовку. Кроме того, благодаря разрезам облегчается последующее отрывание упаковочных суппозиториев с полосы.
Рис. 17.5. Схема устройства автоматической линии «Servac 200S».
В позиции 3 обе ленты формуются (чеканятся) в чашеобразные полови-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ны, которые в дальнейшем (позиция 4) соединяются в комплектную форму и в позиции 5 термосвариваются. При этом наверху каждой формы остается открытым наполнительное отверстие, через которое наполнительная игла (позиции 6, 7) вливает жидкую суппозиторную массу. Таким образом, сформированная из фольги упаковка одновременно служит литьевой формой. Наполнительная двустенная емкость (7) содержит примерно 30 л массы. Необходимая температура массы поддерживается постоянной посредством водяного обогрева при непрерывно работающей мешалке. Дозирование проводится при помощи точно работающего насоса. На следующей позиции (8) упаковка герметически закрывается и снабжается (позиция 9) между отдельно сваренными суппозиториями дополнительными поперечными ребрами жесткости (холодное тиснение). Далее (позиции 10 и 11) от ленты нарезают полоски по определенному количеству суппозиториев (5, 6, 10). Отрезанная полоска поступает на охладительный участок (позиция 12), после пробега которого покидает как готовая упаковка. Наружная поверхность фольги (толщина 40 мкм) покрыта растянутой полипропиленовой пленкой (12,5 мкм). Внутренняя сторона полирована под сваривание при нагреве либо наслоена полиэтиленом высокого давления массой 20 г/м2.
Для выливания суппозиториев используется также автоматическая линия «Farmo Dui FD 22/U» (Италия), которая имеет приблизительно такую же схему. Производительность 22000-25000 шт./час.
На некоторых предприятиях выливание суппозиториев и палочек производят на оборудовании с раздельными операциями отливки и упаковки, что не удовлетворяет требованиям GMP. В таких случаях используются полуавтоматические устройства типа полуавтоматической линии «Франко-Креспи». Выливание ректальных и вагинальных свечей здесь происходит без операции упаковки. Устройство оснащено: двумя питающими бункерами с паровым обогревом и лопастными мешалками (70-600 об/час), в которые подается суппозиторная масса; приемниками-дозаторами; дозирующими насосами; тремя синхронно вращающимися дисками; гнездами металлических форм (формы в количестве по 36 штук располагаются на двух крайних вращающихся дисках); холодильной установкой; подогревающимся ножом для снятия излишка массы; устройством для выталкивания суппозиториев в приемные сборники и лотки.
Основными частями автомата «Франко-Креспи» являются три синхронно вращающихся диска. Два крайних имеют формы для выливания свечей. Охл а- ждение форм до (–15 – 18)0С производится с помощью холодильного устройст-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ва. Средний диск служит для приема охлажденных форм с последующим выталкиванием их в приемные ванны.
При приготовлении суппозиториев методом выливания масса их зависит от величины гнезда формы (объема), удельной массы использованных лекарственных веществ и основы.
Вслучаях, когда лекарственные вещества входят в состав суппозиториев
вколичестве до 5% или вещества, хорошо растворимы в основе, можно не принимать во внимание тот незначительный объем, который они займут в формах. Но в тех случаях, когда вещества входят в суппозиторные основы в больших количествах, нельзя пренебрегать тем объемом основы, который они при выливании в формы вытеснят. В этих случаях необходимо найти точное соотношение между объемом, который занимают лекарственные вещества и основой, иначе точность дозирования будет нарушена. Это соотношение выражается «коэффициентом замещения» и «обратным коэффициентом замещения».
Коэффициентом замещения (Еж) называют количество лекарственного вещества, которое замещает одну весовую часть жировой основы с удельной массой 0,95, то есть данное количество лекарственного вещества занимает такой же объем, как и одна весовая часть жировой основы.
Обратным коэффициентом замещения (1/Еж) называют количество жировой основы, которая замещает одну весовую часть лекарственного вещества. То есть количество жировой основы эквивалентно по объему 1,0 г лекарственного вещества.
Коэффициенты замещения жировых и желатин-глицериновых основ для многих лекарственных веществ приводятся в специальных справочниках.
После формования суппозитории отбраковываются по внешнему виду,
проводится их анализ. Сушат суппозитории при температуре 10-15°С в течение 2-3 часов с дополнительным обдуванием воздухом для удаления охлаждающих и смазывающих компонентов.
Готовые суппозитории и палочки поступают на фасовку и упаковку с помощью упаковочных полуавтоматов. Суппозитории укладываются в ячейки вращающегося диска, из которого горизонтальным толкателем они выталкиваются через входное отверстие, образованное целлофановыми лентами. Свечи принимаются держателем, прессующие штампы покрывают и упаковывают свечи в целлофан. С помощью отсекающего устройства происходит их деление по 5 штук отрезающим устройством.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Упакованные в первичную упаковку свечи поступают на автоматы, где они укладываются по 10 штук в картонные пачки, куда вкладывают инструкцию по применению, проставляют на пачке номер серии и срок годности.
Важное значение в совершенствовании технологии суппозиториев имеет способ их нетермического пприготовления путем прессования композиций охлажденных и измельченных основ с лекарственными веществами.
Метод прессования. Преимущество метода заключается в возможности предотвращения деструкции термолабильных лекарственных веществ, отсутствии седиментации действующего вещества и предотвращения его возможной несовместимости с расплавленной суппозиторной основой.
Приготовление суппозиториев этим методом основано на превращении охлажденных жировых суппозиторных масс в порошок, что позволяет ему св о- бодно высыпаться из загрузочной воронки и подобно таблеткам, формировать суппозитории методом прессования, используя матрицы и пуансоны соответствующей формы. Для достижения точности дозирования, сыпучести из загрузочного бункера, суппозиторную массу охлаждают в холодильной камере до температуры 3–5оС, измельчают и просеивают через сито. Для улучшения технологических свойств в массу вводят разбавители (лактозу, сахарозу, аэросил) в количестве до 10–20%, скользящие вещества – крахмал и аэросил (до 3–5%) и др.
Этим методом на эксцентриковых машинах при охлаждении пуансона, матрицы и кожуха можно получать от 40 до 100 тыс. суппозиториев в час. В процессе изготовления прессованных суппозиториев потребуется приложение незначительных усилий выталкивания, так как частицы жировой основы оказывают роль эффективной смазки в пристеночном слое вследствие их интенсивного пластического течения.
Метод прессования может быть особо пригодным в производстве суппозиториев с сердечными гликозидами, некоторыми термолабильными гормональными препаратами, биогенными стимуляторами, противовоспалительными нестероидными веществами (мефенаминовая кислота, парацетамол), т.к. в процессе приготовления обеспечивается высокая точность дозировки, щадящие технологические условия получения и стабильность лекарственных веществ.
В связи с низкой эффективностью суппозиториев со слабительным действием, а также раздражающим действием глицерина на слизистую прямой кишки проводятся исследования по созданию новых прописей шипучих суппозиториев, получаемых методом прессования. В качестве газообразующих компо-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
нентов используются кальция глюконат, кальция лактат, железа лактат, натрия гидрокарбонат, кислота аскорбиновая, ревеня экстракт и др. Такие суппозитории приготавливают и контролируют их качество подобно таблеткам. Видео
17.4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СУППОЗИТОРИЕВ. НОМЕНКЛАТУРА
Государственная фармакопея Украины предъявляет к суппозиториям следующие требования: суппозитории должны иметь однородную массу, одинаковую форму и обладать твердостью, которая обеспечивает удобство применения.
Однородность проверяется визуально на продольном срезе по отсутствию вкраплений.
Кроме того, фармакопея регламентирует определять среднюю массу суп-
позиториев и отклонения от нее.
Для суппозиториев, приготовленных на липофильных основах, определяют температуру плавления, которая не должна превышать 37°С. Если определение температуры плавления затруднительно, определяют время полной деформации, которое должно быть не более 15 мин.
Для суппозиториев, изготовленных на гидрофильных основах, определяют время растворения. Суппозиторий должен растворяться в течение 1 часа.
В суппозиториях определяют количественное содержание и однород-
ность дозирования действующих веществ.
Хранят готовую продукцию в сухом, защищенном от света месте при температуре не выше 20°С.
Номенклатура суппозиториев. В номенклатуру суппозиториев и вагинальных шариков промышленного производства включены следующие наименования (примеры прописей):
Цефекон (Suppositoria «Cefeconum»). Состав: салициламида 0,6 г, амидо-
пирина 0,2 г, фенацитина 0,2 г, кофеина (или кофеина бензоата натрия) 0,05 г. Бетиол (Suppositoria «Bethiolum»).Состав: экстракта красавки 0,15г, их-
тиола 0,2г.
Анузол (Suppositoria «Anusolum»). Состав: экстракта красавки 0,02 г (или 0,015 г), ксероформа 0,1 г, цинка сульфата 0,05 г, глицерина 0,12 г.
Анестезол (Suppositoria «Anaesthesolum»). Состав: анестезина 0,1 г, дер-
матола 0,04 г, ментола 0,004 г, цинка оксида 0,02 г.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Суппозитории с глицерином (Suppositoria cum Glycerino). Состав: гли-
церина 1,44 г (или 2,46 г), кислоты стеариновой 0,12 г (или 0,25 г), натрия углекислого кристаллического 0,06 г (или 0,13 г) .
Суппозитории с дигитоксином (Suppositoria cum Digitoxino) содержат дигитоксина 0,00015 г.
Свечи антисептические биологические (Suppositoria antiseptica biologica). Состав: сухой смеси бычьей плазмы и тромбопластина 0,9 г, левомицетина 0,02 г, новокаина 0,12 г, экстракта красавки 0,015 г.
Свечи апилака (Suppoaitoria «Apilacum») содержит апилака лиофили-
зированного 0,005 г.
Нео-Анузол (Suppositoria «Neo-Anusolum»). Состав: цинка оксида 0,2 г,
висмута нитрата основного 0,075 г, танина 0,05 г, йода 0,005 г, резорцина 0,005 р, метиленового синего 0,003 г.
Нео Пенотран® (Pessaria «Neo Penotranum»). Состав: метронидазола 500
мг, миконазола нитрата 100 мг, витепсола S 55.
Простатилен (Suppositoria «Prostatilen»). Состав: простатилена 0,03 г,
вспомогательные вещества – полиэтиленоксид-1500, диметилсульфоксид.
Свечи с ихтиолом (Suppositoria cum Ichthyolo) содержат ихтиола 0,2 г.
Осарбон (Giobuli «Osarbonum»). Состав: осарсола 0,35 г, кислоты борной 0,3 г, глюкозы 0,3 г.
Осарцид (Globuli «Osarcidum»). Состав: осарсола 0,3 г, глюкозы 0,2 г, кислоты борной 0,3 г, стрептоцида 0,3 г.
Промышленностью также выпускаются суппозитории «Лелакс», суппозитории с экстрактом красавки, прополисом, парацетамолом, аминокапроновой кислотой, облепиховым маслом, простатиленом, синтомицином и другие.
17.5. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЕКТАЛЬНЫХ И ВАГИНАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ
Суппозитории – являются перспективной лекарственной формой, развитие которой идет по нескольким направлениям:
–поиск и расширение ассортимента вспомогательных веществ, которые могут использоваться как суппозиторные основы;
–создание новых лекарственных форм.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Перспективным направлением является также разработка составов и технологий суппозиториев для использования в педиатрической практике, что обусловлено значительно меньшим уровнем аллергических реакций на введенные ректальным путем лекарственных препаратов детям. Ректальные лекарства находят широкое использование в гериатрии для регуляции работы кишечника и лечении запоров.
Лиофилизированные суппозитории. Благодаря пористой структуре и большой внутренней поверхности такие суппозитории быстро распадаются в незначительном количестве секрета слизистой прямой кишки и высвобождают содержащиеся в них лекарственные вещества.
Принцип изготовления суппозиториев состоит в замораживании при температуре (–50 –70) оС эмульсии или суспензии лекарственных веществ в суппозиторной форме. Замороженные суппозитории извлекают из формы и подвергают лиофилизации с последующим добавлением суппозиторной основы. Суппозитории, полученные таким способом, быстро растворяются в прямой кишке, не вызывая ее раздражения.
Основной массой лиофилизованных суппозиториев является активное вещество, количество основы – минимально. Однако, как и все лиофилизированные препараты, эта лекарственная форма гидролабильна и требует особых условий хранения.
Пористые суппозитории. Для увеличения поверхности контакта слизистой прямой кишки с вводимыми суппозиториями и облегчением высвобождения лекарственных компонентов предложены пористые суппозитории, которые готовят путем выливания расплавленной массы в формы с последующим вакуумированием при глубине вакуума 600 мм рт.ст.
Полые суппозитории, заполняемые эмульсиями, суспензиями или растворами лекарственных веществ способствуют также более быстрому высвобождению лекарственных веществ.
Многослойные суппозитории. В ряде стран запатентованы двух- и многослойные суппозитории. Оболочку таких суппозиториев изготавливают из основы с менее высокой температурой плавления. Она содержит лекарственные вещества местного действия (анестезин, экстракт красавки). В стержень вводят вещества, оказывающие резорбтивное действие на организм. Для стержня и с- пользуют основу, имеющую более высокую температуру плавления.
Суппозитории с пленочными покрытиями. Контролируемая доставка ле-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
карственных веществ при их ректальном введении может осуществляться путем использования суппозиториев с пленочными покрытиями, замедляющими диффузию активного компонента или путем заключения суппозиториев в капсулы.
Окрашенные суппозитории. Определенный интерес представляет окрашивание суппозиториев, предназначенное не столько для визуальной идентификации различных фармакологических групп веществ, сколько для целей защиты суппозиториев от воздействия определенного спектра лучей, вызывающих окисление, деструкцию входящих компонентов.
17.6.ПРОИЗВОДСТВО РЕКТАЛЬНЫХ И ВАГИНАЛЬНЫХ МАЗЕЙ, КАПСУЛ, АЭРОЗОЛЕЙ, ТАМПОНОВ, РЕКТИОЛЕЙ
Отсутствие суппозиторных основ, удовлетворяющих всем требованиям клиники и производства, широкое применение ректальных и вагинальных суппозиториев, естественно, привели исследователей к необходимости разработки ректальных и вагинальных лекарственных форм, которые бы обладали преимуществами суппозиториев, но в меньшей степени бы определялись природой основы.
Капсулы, применяемые в проктологии и гинекологии, являются од-
ной из перспективных лекарственных форм. Они представляют собой емкости из желатиновой пленки по форме суппозитория («вытянутой капли»), наполненные одноразовой дозой лекарственного вещества в виде линимента, мази, эмульсии или неводного раствора. Оболочка капсул готовится из высших сортов желатина с добавкой 30-36% глицерина, что обеспечивает эластичность и упругость капсул, а также относительно быстрое растворение их в прямой кишке. Длина капсулы 2,5 см, наибольший диаметр 1 см. При введении в прямую кишку оболочка капсулы разбухает и лопается под давлением мышечных стенок прямой кишки, а ее содержимое распределяется на поверхности всасывания. К достоинствам этой формы относится возможность выбора доступных основ, более широкий интервал температуры хранения и использования по сравнению с суппозиториями, полная автоматизация процесса капсулирования. Методы получения ректальных желатиновых капсул описаны в главе 6.
Введение в медицинскую практику ректальных и вагинальных капсул необычайно расширило и географическую область применения этих лекарственных форм, создав предпосылки для производства, транспортировки и хранения
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
их в странах с влажным жарким климатом. Видео Ректальные и вагинальные мази. Как и суппозитории, ректальные и
вагинальные мази известны с древних времен. В настоящее время их используют в основном с целью воздействия на локальный процесс в прямой кишке, вагине или анальном отверстии (мази с гормонами, антибиотиками, антисептиками, фунгицидами и другими веществами), для облегчения дефекации (особенно у детей) и реже для резорбтивного действия. Введение лекарственных веществ с целью общего воздействия на организм в виде ректальных и вагинальных мазей открывает большие возможности в фармации и клинике. При наличии простых приспособлений, например типа шприца, дозированных пластмассовых капсул и т. д., а также обычных мазевых основ можно эффективно использовать преимущества ректального и вагинального пути назначения лекарств в любых больничных условиях. В связи с использованием ректальных мазей для введения лекарств общего действия уместно отметить, что значительная часть питательных смесей для ректального введения, апробированных временем, имеет кашицеобразную, мазевую консистенцию и характеризуется высокой всасываемостью и усвояемостью добавленных в них веществ минеральной и органической природы.
Ректальные и вагинальные мази выпускают на гидрофобных и гидрофильных основах. В качестве гидрофильных основ используют эмульсии первого рода (м/в), полиэтиленгликоли, производные метилцеллюлозы.
Значительное (до 50 г) однократное введение мази позволяет увеличить количество применяемого лекарственного вещества. Кроме того, большое количество основы в этой лекарственной форме позволяет назначать лекарственные вещества, которые при других способах введения могут вызвать раздражение. Ректальные мази – дозированная лекарственная форма, выпускаемая в тюбиках с удлиненным наконечником.
Ректиоли. Наибольшей популярностью пользуется особый вид микробаллончиков – ректиоли. Известно, что из водных растворов, введенных в пр я- мую кишку в форме клизмы, лекарственные вещества всасываются очень быстро. Однако часть раствора выливается наружу. В таких случаях лекарственные растворы удобнее вводить с помощью ректальных пипеток – ректиолей, которые состоят из эластичного баллончика с наконечником. Баллончик выполнен в виде гофрированного контейнера емкостью 1,5-5 мл. Наконечник жестко прикреплен к нему и выполнен из полиэтилена. Для заполнения ректиолей исполь-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
зование олеогелей, линиментов и мазей открывает широкие возможности расширения ассортимента лекарственных форм в проктологии.
Особенно эффективно назначать в ректиолях слабительные средства типа бисакодила. В качестве дисперсионной среды в ректиолях применяют воду, полиэтиленоксиды, жирные масла. В виде ректиолей могут назначать лекарственные вещества общего резорбтивного действия, в частности барбитураты, сульфаниламиды, сердечные гликозиды.
Ректальные и вагинальные тампоны представляет собой пластмассо-
вый стержень, обернутый ватой с адсорбированными на ней лекарственными веществами. Ватный тампон покрыт тонким слоем альгината. Перед употреблением тампон на некоторое время погружают в воду, вследствие чего оболочка из альгината набухает и не препятствует процессу диффузии лекарственного вещества. Тампон вводят в прямую кишку или влагалище на 2 часа.
Внастоящее время тампоны используют в проктологии для снятия болей
ивоспаления слизистой оболочки прямой кишки, облегчения оттока экссудата, длительной фиксации лекарственного вещества в определенной области прямой кишки.
Пенообразующие препараты в аэрозольной упаковке в настоящее время получили широкое развитие. Пены выгодно отличаются от других лекарственных форм, применяемых в гинекологии и проктологии. Мази и кремы не проникают в складки слизистых и в более глубокие зоны кишечника. Суппозитории не обеспечивают лечение участков анального канала, для них характерен более кратковременный терапевтический эффект по сравнению с пенами.
Пены получаются при выходе из аэрозольной упаковки, если в состав концентрата входят пенообразователь (его роль выполняют ПАВы) и заэмульгированный или растворенный пропеллент (как правило, сжиженный под давлением газ). После выдачи через клапанно-распылительную систему аэрозольного баллона пропеллент испаряется и пузырьки раза, увеличиваясь в объеме, образуют пену – грубую дисперсию паров пропеллента в эмульсионной или ка- кой-либо другой системе.
Пены занимают большой объем при низкой удельной массе. Это позволяет небольшим количествам эмульсии, переведенной в пену, обрабатывать значительные поверхности или заполнять большие объемы. Пена локально и безболезненно наносится на пораженный участок, обеспечивая тепло- и газообмен
исоздавая барьер для инфицирования раны извне.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РЕКТАЛЬНОГО И ВАГИНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Наличие ПАВ придает ей хорошую адгезию и способность очищать пораженную поверхность от некротических тканей; расширяясь, пены проникают в раневые карманы и полости. При правильном выборе вспомогательных веществ пены длительное время сохраняют стабильность, обеспечивая пролонгацию действия лекарственных препаратов. Небольшое количество препарата при переходе в пену занимает большой объем, однако концентрация лекарственных веществ в межпленочной жидкости остается при этом высокой.
В пену можно переводить различные дисперсные системы: растворы, эмульсии, суспензии, что открывает большие возможности для создания комбинированных препаратов. Пенные препараты в аэрозольной упаковке, применяемые в проктологии и гинекологии содержат в своем составе антисептики, анестетики, кортикостероиды, противовоспалительные вещества нестероидной структуры. Более подробно о пенных препаратах в аэрозольной упаковке изложено в главе «Препараты, находящиеся под давлением. Спреи. Медицинские пены».
Технологии изготовления ректальных и вагинальных капсул, таблеток, растворов, эмульсий и суспензий, мазей, применяемых в гинекологии и проктологии, описаны в соответствующих разделах учебника.
Успешное консервативное лечение воспалительных заболеваний в гинекологии и проктологии невозможно без использования новых эффективных препаратов в рациональных лекарственных формах.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
ГЛАВА 19. ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
19.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЭРОЗОЛЕЙ
Аэрозоли (греч. aēr – воздух + лат. solutio – раствор) – дисперсные системы, состоящие из газовой среды, в которой взвешены твердые или жидкие частицы. Широко распространены в природе (туманы, облака, дымы, почвенная, вулканическая, растительная пыль и др.); образуются и в процессе производственной деятельности человека при получении, переработке и применении различных материалов.
Первое применение упаковок под давлением относится к концу XVII века, когда в продаже начали появляться газированные смеси. Русский химик М.С. Цвет (1872-1919) пользовался собственным приспособлением для получения аэрозольной струи. Первые патенты на устройства для получения аэрозоля были выданы в Норвегии и США – авторы предложили применять хлорметил и хлорэтил в металлических или стеклянных упаковках. В 1933-1934 гг. в США были выданы патенты на применение галоидных углеводородов в огнетушителях.
Однако настоящее развитие производства аэрозолей относится к 1941 году, когда во время второй мировой войны в США были запатентовны упаковки под давлением, так называемые, «бог-бомб», содержащие смеси фторводородов, хлорводородов и инсектицидов. С этого времени начался бурный рост промышленного производства аэрозолей.
Внастоящее время во всех отраслях производства используется принцип аэрозольной упаковки для распыления жидкостей, порошков, пен, паст, кремов
идр. Значительную долю среди них занимают препараты санитарногигиенического назначения: шампуни, средства для уничтожения бытовых насекомых, репелленты, дезодоранты, косметические средства и ветеринарные препараты.
Внашей стране аэрозоли, входящие в ассортимент бытовой химии, начали выпускаться с 1959 года. Промышленное производство фармацевтических аэрозолей впервые было организовано в Украине на Опытном заводе ГНЦЛС. В 1969 году была выпущена первая промышленная партия препарата «Ингалипт». В настоящее время в Украине производство аэрозолей освоено на заво-
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
дах «Стома» и на ФК «Здоровье» (г. Харьков). Основным разработчиком препаратов этой группы являлась лаборатория медицинских аэрозолей ГНЦЛС (руководитель – проф. Башура Г.С.). Здесь было разработано около 20 аэрозольных препаратов («Ливиан», «Каметон», «Камфомен», «Гипозоль» и др.) и заложены основы дальнейшего развития этого направления.
Термин «аэрозоль» относится ко всем аэродисперсным системам, если их рассматривать с точки зрения физической химии. В фармации аэрозоль – это лекарство, находящееся в герметичном баллоне под давлением. А с медицинской точки зрения это способ применения лекарства, действие которого проявляется в распылении дисперсных систем.
Широкая популярность применения лекарственных препаратов, находящихся под давлением, определяется рядом преимуществ:
1.Применение аэрозолей обеспечивает удобство, эстетичность, гигиеничность, быстроту и эффективность лечения.
2.Аэрозолям присуща высокая эффективность действия при сравнительно малых затратах лекарственных веществ.
3.Обеспечивается точность дозирования лекарства с помощью дозирующих устройств.
4.Аэрозольный баллон герметически закрыт, что исключает любые загрязнение лекарственного препарата извне.
5.Аэрозольный баллон защищает препарат от высыхания, действия света
ивлаги.
6.На протяжении всего срока годности аэрозоли сохраняют свою стерильность.
7.При большом числе манипуляций сокращается количество обслуживающего персонала.
Аэрозолям присущи некоторые недостатки:
−сравнительно высокая стоимость;
−возможность взрыва баллона при ударе или воздействии высокой температуры;
−загрязнение воздуха помещения лекарственными препаратами и пропеллентами при манипуляциях.
Однако, несмотря на недостатки, применение аэрозолей считается прогрессивным явлением в медицинской практике.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
19.2. КЛАССИФИКАЦИЯ АЭРОЗОЛЕЙ
Государственная Фармакопея Украины дает четкое определение аэрозолям: «Препараты, находящиеся под давлением – это лекарственные средства, находящиеся в специальных контейнерах под давлением газа и содержат одно или более действующих веществ. Данные лекарственные средства при выходе из контейнера при нажатии на клапанно-распылительную систему представляют собой аэрозоль (дисперсию твердых или жидких частиц в газе, размер которых зависит от назначения лекарственного средства), жидкость, мягкую пену или пленку. Давление, необходимое для выхода лекарственного средства из контейнера, обеспечивают соответствующие пропелленты. Лекарственные средства, находящиеся под давлением, представляют собой раствор, эмульсию или суспензию. Они предназначены для местного нанесения на кожу, слизистые оболочки или для ингаляций. В состав лекарственных препаратов могут входить такие вспомогательные вещества, как солюбилизаторы, суспендирующие вещества, эмульгаторы, растворители, а также скользящие вещества, предотвращающие засорение клапана».
К препаратам, находящимся под давлением, относятся и спреи. В отличие от аэрозолей давление, необходимое для выхода содержимого, достигается с помощью механического распылителя насосного типа (пульверизатора) или за счет физической силы сжимания полимерного баллона. По сравнению с аэрозолями спреи являются более грубодисперсными системами.
Лекарственные аэрозоли подразделяются на фармацевтические и медицинские.
Фармацевтические аэрозоли – это готовая лекарственная форма, состоящая из баллона, клапанно-распылительной системы и содержимого различной консистенции, способного с помощью пропеллента выводиться из баллона. В состав аэрозоля входят лекарственные, вспомогательные вещества и один или несколько пропеллентов.
По назначению фармацевтические аэрозоли разделяют на ингаляционные, отоларингологические (назальные и ушные), дерматологические, стоматологические, проктологические, гинекологические, офтальмологические, специального назначения (диагностические, перевязочные, кровоостанавливающие и др.).
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
В зависимости от системы клапана аэрозоли подразделяют на дозированные и недозированные.
Медицинские аэрозоли – это аэрозоли одного или нескольких лекарственных препаратов в виде твердых или жидких частиц, полученные с помощью специальных стационарных установок и предназначенные, главным образом, для ингаляционного введения.
19.3. УСТРОЙСТВО АЭРОЗОЛЬНОЙ УПАКОВКИ
Для перевода лекарственных веществ в аэрозольное состояние используются упаковки, находящиеся под давлением. Схема устройства аэрозольной упаковки приведена на рис. 19.1.
Рис. 19.1. Устройство аэрозольной упаковки:
а – двухфазная система; б – трехфазная система
1 – баллон; 2 – распылитель; 3 – клапан; 4 – сифонная трубка; 5 – раствор лекарственного вещества; 6 – пары пропеллента; 7 – пропеллент
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Аэрозольная упаковка герметически закрыта и состоит из баллона, кла- панно-распылительной системы, лекарственного средства и пропеллента. Выдача (эвакуация) содержимого из баллона производится по сифонной трубке к отверстию штока клапана с помощью пропеллента.
19.3.1.Аэрозольные баллоны
Взависимости от материала, из которого изготовлены баллоны, их под-
разделяют на несколько групп: металлические, стеклянные, пластмассовые и комбинированные. Каждый вид баллонов имеет свои недостатки и преимущества. При их использовании учитывают в основном индифферентность материала, доступность материалов для их изготовления, стоимость, а также возможность упаковки в них тех или иных продуктов.
Вместимость упаковок может быть различной: от 3 мл до 3 л, кроме стеклянных, вместимость которых ограничена 300 мл.
Металлические баллоны изготавливают чаще всего из алюминия, внутреннюю поверхность которых покрывают защитными лаками. Для этих целей применяют различные полимерные материалы, антикоррозионные лаки или сополимеры. По конструкции металлические баллоны различают моноблочные,
двухдетальные и трехдетальные.
Трехдетальные баллоны появились одними из первых и в настоящее время получили широкое распространение. Они состоят из жестяного корпуса с продольным поясом или сварным швом, дна и крышки из жести, привальцованных к корпусу двойным швом с применением для герметизации уплотнительной массы. Баллоны со сварным швом несколько дороже, чем с поясом, но имеют некоторые преимущества – большую прочность, возможность изготовления из черной жести. Максимальный объем – 650 мл.
Двухдетальные баллоны более прочны и герметичны, чем трехдетальные. Бесшовный корпус таких баллонов изготавливают либо из листовой жести методом глубокой вытяжки, либо из алюминиевой плоской заготовки методом ударного выдавливания. Максимальный объем таких баллонов составляет 900 мл.
Моноблочные алюминиевые баллоны наиболее приемлемы для аэрозоль-
ных упаковок. Максимальный объем таких баллонов – 1360 мл, хотя имеются баллоны и объемом 2040 мл. Алюминий обладает рядом положительных свойств: не имеет запаха, вкуса, нетоксичен, практически стерилен, противо-
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
стоит коррозии. Это позволяет его использовать в качестве материала для упаковки пищевых продуктов, химических веществ и фармацевтических препаратов. Преимуществами моноблочного баллона перед двух- и трехдетальными являются: бесшовность конструкции; высокая прочность; высокое сопротивление коррозии; высокая атмосферостойкость; легкость упаковок; возможность изготовления баллонов большой емкости; большие возможности получения эстетичного внешнего вида.
Моноблочные аэрозольные баллоны изготавливают из алюминиевых заготовок (рондоли) с содержанием алюминия 99,5% чистоты. Формирование цилиндра осуществляется путем выдавливания его из рондолей методом холодного прессования на специальном оборудовании. Далее следует обрезание цилиндра до требуемой длины и шлифование его.
Для достижения исключительной чистоты перед нанесением внутреннего
инаружного покрытия осуществляется мойка баллонов. Следующий этап – нанесение на внутреннюю поверхность баллонов слоя защитного лака (Epoxyphenol золотой, Epoxy-phenol пигментированный и Mikoflex), который подбирается в зависимости от того, какой продукт будет помещен в баллоны. На внешнюю поверхность баллона наносится белый грунт (базовое покрытие), после чего баллоны шлифуются и полируются.
На наружной поверхности баллонов осуществляется печать методом литографии с возможностью нанесения на баллоны максимально до 7 цветов. После нанесения на баллоны литографии внешняя поверхность баллона покрывается защитным лаком, который может быть глянцевый, матовый или смешанный.
Формирование горловины является заключительным этапом в производстве баллонов, которое происходит на специальных многошпиндельных конусообразующих автоматах. Благодаря сочетанию различных вариантов плеча и горловины возможно достижение до 30 вариантов окончательного внешнего вида баллонов. Оформление края горловины баллонов возможно в двух вариантах – обечайка и обечайка с фаской.
Большинство лекарственных веществ и многие парфюмернокосметические продукты не могут быть внесены в металлические баллоны. Для упаковки этих веществ должны использоваться более инертные материалы.
Стеклянные баллоны изготавливают из нейтрального стекла марки НС-1
иНС-2. При изготовлении стеклянных баллонов необходимо учитывать два
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
основных условия: баллоны должны выдерживать избыточное внутреннее давление, оказываемое пропеллентом (не менее 20 атм) и должны обладать прочностью на удар. Для обеспечения безопасности обращения со стеклянными аэрозольными баллонами их покрывают эластичными пленками, которые в случае разрушения баллона удерживают осколки в оболочке.
Кроме того, стеклянные баллоны должны обладать химической и термической стойкостью, низким значением внутреннего напряжения стекла, иметь равномерную толщину стенок, дна и минимум плоских поверхностей.
Изготовление стеклянных баллонов производится на автоматических высокопроизводительных стеклоформирующих машинах. Процесс их производства связан с двойным отжигом в горизонтальных печах с температурным максимумом 640-650°С для устранения или ослабления остаточных внутренних напряжений стекла. После формировки стеклянные баллоны покрывают полиэтиленовым или поливинилхлоридным защитным покрытием.
В настоящее время также применяется большой ассортимент пластмассовых баллонов из полипропилена, нейлона, полиэтилена, полиформальдегида, дельрина, целкона и др. Но, несмотря на целый ряд преимуществ, пластмассы обладают проницаемостью для некоторых веществ и пропеллентов и плохо сохраняют свою форму при большом внутреннем давлении.
Пластмассовые аэрозольные баллоны изготавливают методом вакуумформовки (моноблочные) или литья под давлением (двухдетальные) на формовочных или литьевых машинах.
19.3.2. Клапанно-распылительные устройства
Назначение аэрозоля, состояние содержимого баллона, его консистенция, состав и путь введения требуют применения различных, в каждом случае, строго определенных типов клапанно-распылительных систем. Клапан аэрозольной упаковки должен обеспечивать ее герметичность при давлении в баллоне до 2.106 Па и эвакуацию препарата из баллона.
Имеется много конструкций клапанных устройств. Их классифицируют по конструкции механизма запирания, принципу действия, способу крепления
на баллоне и назначению.
По конструкции механизма запирания клапаны делятся на:
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
–клапаны, в которых запирание осуществляется за счет сдвига штока с отсекающим радиальным отверстием через уплотнительную манжету в осевом направлении;
–клапаны, в которых запирание происходит за счет деформации специального резинового уплотнения (кольца);
–клапаны, в которых запирание происходит за счет плотного прилегания двух поверхностей со смещенными отверстиями
По принципу действия их делят на группы:
–пружинные, действующие при нажатии на распылительную головку вертикально вниз (пружинные, в свою очередь, делят на одноразовые и многократные; непрерывные и дозирующие);
–качательные беспружинные, действующие при нажатии на распылительную головку сбоку;
–клапаны с винтовым вентилем.
По способу крепления на баллоне:
–закрепляющиеся в стандартном отверстии баллона путем разжима вертикальных стенок корпуса клапана под бортик горловины баллона специальным цанговым устройством (для металлических баллонов);
–закрепляющиеся на горловине баллона путем завальцовки корпуса клапана или капсулы на специальных стенках (для стеклянных и пластмассовых баллонов);
–клапаны, навинчивающиеся на горловину сосуда (для крупных баллонов многократного использования).
По способу эвакуации содержимого клапаны делятся на клапаны непре-
рывного действия и клапаны дозирующего действия, которые в свою очередь делятся на:
–клапаны стандартные – применяющиеся для эвакуации продуктов парфюмерно-косметической, химической, фармацевтической, пишевой промышленности, товаров кожгалантереи и т.д.
–клапаны универсальные – распыляющие содержимое под любым углом, которые применяются для эвакуации продуктов химической и парфюмерно-косметической промышленности.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Принцип действия аэрозольного клапана. Клапан приводится в дейст-
вие нажатием на распылительную головку вертикально вниз. Вместе с головкой двигается вниз шток (3), сжимая пружину (4). Отверстие в штоке выходит изпод резиновой прокладки (2) в полость кармана корпуса (5), заполненного продуктом. В это отверстие устремляется продукт и через полость штока направляется в головку для распыления. При освобождении головки пружина поднимает шток вверх и действие клапана прекращается.
Корпус клапана служит для сборки и последующего крепления его на баллон. Корпуса клапанов изготавливаются из жести, нержавеющей стали, алюминия. Деталь изготавливается штамповкой в 5-6 операций. Для предохранения от коррозии и в декоративных целях корпуса клапанов покрывают защитным лаком или гальваническим покрытием (хромирование или никелирование).
Карман (наконечник) — в аэрозольных клапанах, имеющих пружину, служит гнездом для пружины и удерживает вместе детали клапана за исключением распылительной головки. Сифонная трубка также вставляется в карман или надевается на него. Обычно эта деталь выполняется из капрона, нейлона или полиэтилена низкого давления.
Шток (запор) — может иметь самую разнообразную конструкцию. Конструкция зависит от клапана в целом и от распылительной головки в частности. Внутренняя полость штока служит для подачи продукта в распылительную головку, для этого в штоке имеется отверстие. Изготавливается шток из пластмассы (нейлон, полиэтилен) или из металла.
Пружина — возвращает шток с распылительной головкой в первоначальное положение, т. е. закрывает клапан. Пружина изготавливается из пружинной проволоки (обычной и нержавеющей).
Резиновые прокладки (внутренняя и внешняя). В клапане, как правило, их две. Одна предназначается для герметизации места сопряжения штока с отверстием в корпусе клапана и одновременно служит ниппелем, закрывающим или открывающим клапан. Когда боковое отверстие в штоке находится выше ниппеля, клапан закрыт, если отверстие путем нажатия на распылительную головку сместить ниже ниппеля, продукт пойдет в полость штока и дальше в распылительную головку. Изготавливается данная прокладка из различных полимерных материалов (неопрен, буна, бутил, витон) в зависимости от природы химиче-
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Внастоящее время применение таких упаковок эффективно не для всех препаратов. Для распыления суспензий с высоким содержанием твердых веществ, пленкообразующих препаратов, пен и др. подобные насосы непригодны.
Насосы (помпы) состоят из большего количества деталей, нежели клапаны, поэтому технологический процесс производства насосов сложнее и требует большее количество операций. Отличительной особенностью насосов является то, что клапаны применяются в том случае, когда эвакуация содержимого баллонов происходит за счет пропеллента (газа), а при использовании насосов – за счет разряжения, создаваемого при надавливании на шток насоса.
Вотличие от клапанов, закрепление которых происходит на горловине баллонов вальцовкой (обжатием), насосы могут быть изготовлены не только для закрепления на горловине вальцовкой, но и для навинчивания или защелкивания. В этом случае упаковкой для продукции могут быть различные пластиковые или стеклянные флаконы.
Составной частью клапанно-распылительной системы являются распылители (насадки), которые предназначены для приведения клапана в действие
идля распыления лекарства. Они могут быть различной конструкции в зависимости от того, какое агрегатное состояние должно иметь лекарство и каков путь его введения.
Распылители должны обеспечивать: полное сопряжение клапана со штоком, чтобы исключить подтекание лекарственного средства при нажатии штока; образование аэрозоля требуемой дисперсности; необходимые пути введения лекарственного средства.
Для получения аэрозолей с достаточно большим или малым размером частиц в распылители вставляют дополнительные металлические или пластмассовые форсунки для механического дробления выходящего из упаковки лекарства. Регулируя калиброванные отверстия в определенных пределах можно получить высококачественное распыление лекарств.
19.4. ПРОПЕЛЛЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В АЭРОЗОЛЬНОЙ УПАКОВКЕ
Важное значение для выдачи аэрозольного продукта имеют рассеивающие или эвакуирующие газы, с помощью которых внутри сосудов создается давление. Эти газы называются пропеллентами.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Пропелленты классифицируются по величине давления насыщенных па-
ров, по агрегатному состоянию при нормальных условиях и по химической природе.
В зависимости от давления насыщенных паров их делят на две группы: основные, способные создавать самостоятельно давление не менее 2 атм. и вспомогательные – создающие давление менее 1 атм.
По агрегатному состоянию они подразделяются на три группы:
1. Сжиженные газы:
а) фторорганические соединения (хладоны или фреоны); б) углеводороды пропанового ряда (пропан, бутан, изобутан);
в) хлорированные углеводороды (винил- и метилхлорид и др.).
2.Сжатые (трудносжижаемые) газы (азот, оксиды азота, диоксид углерода).
3.Легколетучие органические растворители (метиленхлорид,
этиленхлорид и др.).
В технологии фармацевтических аэрозолей достаточно часто применяются сжиженные газы – хладоны 11, 12, 114.
Хладоны (фреоны), насыщенные фторуглероды или полифторуглеводороды (часто содержат также атомы Сl, реже – Вr). Их торговые названия состоят из фирменного названия (в России – хладон, в США
– фреон, по международному стандарту – буква R) и цифрового обозначения, в котором первая цифра – число атомов углерода минус единица (для соединений метанового ряда эта цифра опускается), вторая – число атомов водорода плюс единица, третья – число атомов фтора (если число атомов фтора больше 9, то ставится дефис и далее цифра, указывающая на число атомов фтора в молекуле), например дифторхлорметан СНF2С1 называется хладоном 22, декафторбутан C4Fig -хладоном 31-10. Для хладонов содержащих атомы брома, ставится буква В и цифра, показывающая число атомов брома, например, дифторхлорбромметан СF2С1Вr называется хладоном 12В1. Для циклических хладонов перед цифровым обозначением ставится буква С, например перфторциклобутан наз. Хладоном С318. При наличии изомеров цифровое обозначение соответствует наиболее симметричному соединению (наименьшая разность масс левой и правой частей молекулы), а у последующих, все более несимметричных, добавляются буквы а, b, с и т. д., например 1,1,1-трифторэтан
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
называется хладоном 143а. При наличии двойной связи в молекуле в качестве четвертой цифры используют единицу.
В связи с влиянием на стратосферный озон их применение уменьшается. Ввиду этого ведутся разработки новых, экологически безопасных хладонов (типа 123, 134 и др.), обладающих необходимыми эксплуатационными свойствами и легко разрушающихся в атмосфере с образованием малоактивных веществ.
По физико-химическим свойствам хладоны – газообразные или жидкие вещества, растворимы в органических растворителях, плохо или практически не растворимы в воде; некоторые из них образуют кристаллогидраты. Основные физико-химические свойства хладонов приведены в таблице 19.1.
Насыщенные парафиновые углеводороды по сравнению с хладонами стабильны в водных средах и легче воды, поэтому их выгодно применять для распыления препаратов на водной основе. Благодаря небольшой плотности пропана и бутана для заполнения аэрозольного баллона их требуется значительно меньше, чем хладона. Однако горючесть этих сжиженных газов не позволяет им соперничать в препаратах на основе органических растворителей.
Сжатые газы отличаются от сжиженных не только агрегатным состоянием, но и свойствами. Давление сжатых газов значительно меньше зависит от температуры. Однако давление в баллоне по мере расходования продуктов падает, что может привести к неполному израсходованию содержимого. Сжатые газы обычно практически нерастворимы или отличаются весьма ограниченной растворимостью. Поэтому в последние годы проводятся исследовательские работы в области повышения растворимости сжатых газов.
Количество сжатого газа, необходимого для выдавливания содержимого упаковки, незначительно. Поэтому такие упаковки очень чувствительны к утечке газа, вызванной либо недостаточной герметичностью, либо неосторожным обращением. Для устранения данного недостатка разработаны аэрозольные упаковки с разветвленными или опрокидывающимися сифонными трубками, предотвращающими выдачу препарата в перевернутом положении. Пропелленты этой группы не горючи, дешевы, не оказывают агрессивного влияния на металлические и полимерные материалы.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Таблица 19.1.
Физико-химические свойства хладонов
|
|
Т. пл., |
Т. кип., |
1 |
1 |
|
dкрит., |
pкрит, |
ΔHисп. |
Cv, |
Давление пара, |
|
Соединение |
Мол. м. |
tкрит., °С |
при Т. кип., |
|||||||||
°С |
°С |
d4 , (°С) |
nd (°С) |
кг/м3 |
МПа |
кДж/кгК |
МПа (20 °С) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кДж/моль |
|
|
|
Хладон 11 CFC13 |
137,37 |
-110,45 |
23,65 |
1,476 (25) |
1,3824 (20) |
198,0 |
570,2 |
4,370 |
24,97 |
0,872 |
0,0889 |
|
Хладон 12 CF2C12 |
120,91 |
-155,95 |
-29,74 |
1,442 (-15) |
1,2950 (20) |
112,0 |
579,1 |
4,119 |
20,01 |
0,972 |
0,5665 |
|
Хладон 12В1 CF2ClBr |
165,36 |
-159,5 |
-4,0 |
1,880 (21) |
|
153,7 |
741,0 |
4,252 |
22,26 |
— |
0,2345 |
|
Хладон 12В2 CF2Br2 |
209,82 |
-141,1 |
24,2 |
2,288 (15) |
1,399(12) |
198,85 |
866,4 |
4,335 |
24,86 |
1,034 |
0,0850 |
|
Хладон 13 CF3CI |
104,46 |
-181,0 |
-81,5 |
1,298 (-30) |
1,1990(-73,3) |
28,8 |
582,4 |
3,878 |
15,43 |
0,851 |
3,186 |
|
Хладон 13В1 CF3Br |
148,91 |
-174,7 |
-57,8 |
1,538 (25) |
1,238(25) |
66,9 |
770,0 |
3,946 |
17,62 |
0,872 |
1,430 |
|
Хладон 14 CF4 |
88,00 |
-183,6 |
-128,0 |
1,638 (-133) |
1,151 (-73,3) |
-45,65 |
625,0 |
3,745 |
11,76 |
1,231 |
— |
|
Хладон 21 CHFC12 |
102,92 |
-127,0 |
8,7 |
1,4256 (25) |
1,3602 (25) |
178,5 |
528,0 |
5,190 |
24,61 |
1,073 |
0,1531 |
|
Хладон 22 CHF2C1 |
86,47 |
-157,4 |
-40,85 |
1,4909 (-69) |
1,2670(20) |
96,13 |
512,8 |
4,986 |
20,19 |
1,110 |
0,9097 |
|
Хладон 23 CHF3 |
70,01 |
-155,15 |
-82,2 |
— |
1,215 (-73,3) |
25,85 |
525,0 |
4,82 |
16,75 |
— |
4,193 |
|
Хладон |
203,83 |
26,0 |
92,8 |
1,634 (30) |
1,4115(26) |
285,5 |
550,0 |
3,51 |
30,88 |
— |
0,0236* |
|
112CF2C12CFC12 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Хладон 112а CF2C1CC13 |
203,83 |
40,5 |
92 |
1,649 (20) |
|
278,0 |
573,0 |
3,34 |
30,57 |
— |
0,0240* |
|
Хладон 113CF2C1CFC12 |
187,38 |
-36,6 |
47,5 |
1,582 (20) |
1,3588 (20) |
214,3 |
574,5 |
3,406 |
26,81 |
0,947 |
0,0364 |
|
Хладон 114CF2C1CF2C1 |
170,92 |
-94 |
3,55 |
1,470(20) |
1,2865 (25) |
145,7 |
580,0 |
3,27 |
22,91 |
0,927 |
0,1834 |
|
Хладон 114В2 |
259,82 |
-110,5 |
47,5 |
2,18(20) |
1,3708 (20) |
214,15 |
790 |
3,358 |
2.6,66 |
— |
0,0370 |
|
CF2BrCF2Br |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Хладон 115 CF3CF2CI |
154,47 |
-106 |
-38,97 |
*,6914(-76) |
1,2678 (-42,2) |
80,0 |
592,3 |
3,123 |
19,41 |
— |
0,7909 |
|
Хладон 123 CF3CHC12 |
-152,93 |
-107 |
27,1 |
1,475 (15) |
1,3332 (15) |
182,0 |
533 |
3,56 |
25,59 |
— |
0,0778 |
|
Хладон 124а |
136,48 |
-117 |
-12,0 |
|
|
126,7 |
521 |
3,47 |
21,59 |
— |
0,3154 |
|
CF2C1CHF2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Хладон 134 CF2HCHF2 |
102,03 |
— |
-22,5 |
— |
— |
110,25 |
477 |
3,77 |
— |
— |
0,4737 |
|
Хладон 142в CF2C1CH3 |
100,49 |
-130,8 |
-9,2 |
1,120 (25) |
— |
136,45 |
459,0 |
4,138 |
22,57 |
— |
0,2904 |
|
Хладон 143aCF3CH3 |
84,04 |
-111,3 |
-47,6 |
0,924 (30) |
— |
73,1 |
445 |
4,П |
19,88 |
— |
1,187 |
|
Хладон 152а СHF2СH3 |
66,05 |
-117 |
-24,5 |
1,004 (-25) |
1,3011 (-72) |
113,5 |
365,0 |
4,491 |
21,88 |
— |
0,5267 |
|
Хладон 218 СF3 СF2 СF3 |
188,02 |
-148,3 |
-36,8 |
1,350 (20) |
— |
71,9 |
628 |
2,677 |
20,26 |
— |
0,7631 |
|
Хладон С318 |
200,03 |
-41,4 |
6,0 |
1,5341 (20) |
1,217 (25) |
115,22 |
616 |
2,778 |
22,31 |
— |
0,2655 |
|
СF2(CF2)2CF2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
* При 50°С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
19.5. ВИДЫ АЭРОЗОЛЬНЫХ СИСТЕМ
Исходными веществами для приготовления лекарств, находящихся под давлением служат различные действующие и вспомогательные вещества, которые позволяют выдавать их из упаковки в различных видах дисперсных систем, в соответствии с их назначением.
19.5.1.Двухфазные аэрозольные системы
Ваэрозольной упаковке пропеллент может находиться в газообразном и жидком состоянии. Если концентрат образует с жидким пропеллентом раствор
–аэрозольную систему называют двухфазной. Газовая среда в баллоне состоит из паров пропеллента и сжатого газа и летучих компонентов аэрозольного концентрата.
Давление газовой фазы пропеллента распространяется в равной степени на все внутренние стенки упаковки. Выдача содержимого происходит в том случае, если атмосферное давление будет ниже внутреннего давления в баллоне. При выдаче сжиженный пропеллент быстро испаряется и вызывает распыление продукта в виде мельчайших капелек, тумана или пены.
Для большинства систем применяются следующие растворители: спирт этиловый, жирные и растительные масла, этилацетат, ацетон. В случае, если в качестве пропеллента в аэрозольной системе используют сжатый газ, в качестве растворителей могут быть применены вода, глицерин, гликоли, полиэтиленоксиды и др. Поэтому в зависимости от растворителей концентраты-растворы подразделяются на: водные, спиртовые, водно-спиртовые и неводные. Примером аэрозолей-растворов могут служить препараты «Ингалипт», «Каметон», «Камфомен», «Эфатин» и др.
Двухфазные аэрозольные системы могут быть выданы из упаковки в виде раствора с последующим образованием пленки, в виде пены или крема.
Вмировой практике известно большое количество пленкообразующих аэрозолей. Их применяют в гинекологии, ветеринарии, педиатрии, отоларингологии, дерматологии. В аэрозольном баллоне пленкообразующего препарата обычно находится раствор полимера, лекарственного вещества, пластификатора и пропеллента, при распылении которых на поверхности кожи или ткани образуется быстровысыхающая и плотно прилегающая пленка.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
В качестве водорастворимых пленкообразующих веществ применяют сополимеры типа винилпирролидона с винилацетатом, ацетобутират целлюлозы, поливинилпирролидон и др. Для неводных пленкообразующих систем применяют, например, сополимер гидроксивинилхлорида ацетата и себациновой кислоты, модифицированный малеиновой смолой, винилацетат, бензойную смолу, метакриловую смолу, ацетат-бутират целлюлозы, полиметакрилаты, акрилаты, этилцеллюлозу, полиакрилаты, различные хирургические клеи на основе эфиров цианакриловой кислоты, желатино-резорциновый клей и другие вещества, которые при наличии влаги полимеризуются. Их применяют для склеивания кожи, стенок слизистых желудка, кишечника, почек, печени, легких и других органов.
Вещества, применяющиеся в качестве пленкообразователей, не должны раздражать кожу и быть токсичными. Образующаяся пленка должна быть непроницаемой для микроорганизмов, эластичной, прочной, иметь высокую степень адгезии, обладать выраженным бактериостатическими свойствами; не должна обладать резким или неприятным запахом.
К преимуществам пленкообразующих составов относятся: защита поврежденной поверхности от инфицирования и повторного повреждения (например, тканью одежды), экономия времени при массовой обработке больных, удобство, простота и легкость применения.
19.5.2. Трехфазные аэрозольные системы
Большинство фармацевтических аэрозолей представляют собой системы, в которых концентрат-раствор, эмульсия или суспензия не смешиваются с жидким пропеллентом, и в баллоне находятся три отдельные фазы: газообразная, твердая и жидкая.
Значительное количество составов, выпускаемых в нашей стране и за рубежом, представляют собой эмульсионные системы и выдаются в виде пен. Они состоят, в основном, из водной фазы, содержащей поверхностно-активные вещества (ПАВ), и заэмульгированный пропеллент. Концентрация последнего в них колеблется от 3,5 до 89%, а для большинства пен она составляет 10-20%.
В качестве эмульгаторов для аэрозольных эмульсий, как и для обычных, применяются самые различные ПАВ, которые в силу своих физико-химических свойств, в сочетании с пропеллентами образуют пены.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Пенные препараты имеют много областей применения в медицине. В гинекологии они получили широкое распространение для лечения воспаления матки, для личной гигиены женщин и в качестве противозачаточных средств, а также препаратов, предупреждающих венерические болезни.
Впроктологии пенные препараты показаны как эффективные средства при лечении геморроя, трещин заднего прохода, проктитов, колитов и др.
Для получения пенообразующих аэрозолей нужны эффективные пенообразователи, которые в малых концентрациях обеспечивают получение обильной пены. В состав пены можно вводить стероиды, вещества фунгицидного действия, диуретики, антибиотики, гормоны, витамины, антитоксины, антигены, сосудосуживающие, кровоостанавливающие, гистаминные, седативные, противоревматические средства. Примером пенных аэрозолей могут служить препараты «Гипозоль», «Кортонизол», «Пантенол», «Олазоль» и др.
Представителями трехфазных систем являются и аэрозоли-суспензии. Это гетерогенные дисперсные системы, которые характеризуются присутствием твердой фазы, нерастворимой в жидком аэрозольном концентрате. Пропеллент может быть включен или в дисперсную фазу или в дисперсионную среду. В любом случае действующее вещество диспергировано в нелетучем растворителе.
Трудности при создании суспензионных аэрозолей встречаются из-за агрегации порошкообразных частиц, рекристаллизации и осаждения их на стенках аэрозольного баллона. В зависимости от этого изменяется качество распыла, эффективность его при нанесении на поверхность, нарушается точность дозировки лекарственного средства при его применении и др.
Внастоящее время суспензионные аэрозоли используются в медицинской практике очень широко. Примером их являются «Оксициклозоль», «Алудрин», «Оксикорт», «Астмопент», «Алупент» и др.
Вкачестве преимущества этой группы препаратов можно назвать: возможность использования веществ, как растворимых, так и нерастворимых в данной среде, лекарственные вещества имеют выраженный пролонгированный эффект, продолжительность их действия можно регулировать путем изменения величины частиц.
Основным недостатком для суспензий в аэрозольных упаковках является их термодинамическая неустойчивость, которая является естественным состоянием суспензий. Со временем все, без исключения, суспензии
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
расслаиваются, поэтому основной характеристикой их является дисперсность и наличие агрегативной и кинетической (седиментационной) устойчивости.
19.6. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗЛИЧНЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ СИСТЕМ
Аэрозоли состоят из нелетучих (одного или нескольких) компонентов и летучего пропеллента. Действующее вещество, как правило, или растворено, или диспергировано в растворителе. Поэтому составление рецептуры аэрозоля заключается в разработке технологии приготовления желаемой комбинации нелетучего и летучего компонентов.
В зависимости от степени смешиваемости компонентов основной рецептуры с пропеллентом, аэрозоли подразделяют на аэрозоли-растворы, пены в
аэрозольной упаковке, аэрозоли-суспензии и комбинированные системы.
Аэрозоли-растворы. В аэрозолях-растворах активное вещество растворено или в пропелленте или в сорастворителе, который хорошо смешивается с пропеллентом. После выдачи содержимого из баллона пропеллент испаряется, а активное вещество остается в виде тумана в чистом виде или растворенном в сорастворителе.
При приготовлении аэрозольных концентратов могут быть использованы самые различные по своим свойствам химические соединения и их смеси. Чаще всего концентрат состоит из нескольких индивидуальных веществ, которые должны быть определенной вязкости, совместимыми с пропеллентом, устойчивы к воздействию низких и высоких температур и не должны взаимодействовать с деталями аэрозольной упаковки. В качестве сорастворителей предпочтительнее применять неполярные вещества, поскольку даже малые количества воды могут вызвать гидролиз некоторых пропеллентов, что приводит к выделению хлористого водорода, разложению активных веществ и коррозии аэрозольных баллонов.
Производство аэрозолей-растворов складывается из нескольких стадий: приготовление раствора активного компонента (концентрата), освобождение его от нерастворимых примесей, фасовка в аэрозольные баллоны, герметизация, заполнение баллонов пропеллентом, проверка их на прочность и герметичность, стандартизация, маркировка упаковки для последующей транспортировки.
Концентраты-растворы приготовляются, как и обычные растворы лекарственных веществ, в реакторах, снабженных теплообменником и мешалкой.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Освобождение растворов от примесей осуществляется путем отстаивания, фильтрации или центрифугирования.
Если концентраты-растворы получают с помощью вязких растворителей (жирные масла), то растворение проводят при нагревании, очистку – под давлением. В случае применения летучих растворителей (этиловый спирт) растворение веществ ведут в закрытых реакторах, а фильтрацию также проводят под давлением. В состав аэрозольных систем могут входить стабилизаторы и консерванты. Стандартизацию концентратов-растворов осуществляют по процентному содержанию действующих веществ или по плотности раствора.
Решающим фактором в технологии аэрозолей-растворов является и давление внутри баллона, контроль которого может служить количественной характеристикой некоторых физико-химических свойств: полноты выдачи содержимого из баллона, его дисперсности, а также растворимости пропеллента в концентрате. Чем больше способность аэрозольного концентрата к растворению пропеллента, тем ниже давление в аэрозольном баллоне.
В случае применения в качестве пропеллента не сжатого, а сжиженного газа давление в баллоне остается постоянным, пока в нем будет находиться хотя бы одна капля жидкого пропеллента.
Растворимость пропеллентов в водных средах можно повысить не только введением сорастворителей, хорошо сочетающихся с ними, но и за счет ПАВ, которые могут солюбилизировать их в процессе смешивания. Чем большая способность раствора ПАВ к солюбилизации хладона, тем ниже давление внутри упаковки показывает смесь их паров. Степень солюбилизации, устойчивость полученных систем и их основные физико-химические свойства обусловлены видом пропеллента и типом ПАВ (табл. 19.2).
Таблица 19.2. Давление внутри упаковки в зависимости от вида пропеллента и типа ПАВ
Наименова- |
Хим. |
Давление, |
Концент- |
|
ПАВ |
|
|
форму- |
Эмульсион- |
Эмульгатор |
Твин- |
||||
ние |
атм (21°С) |
рация, % |
|||||
ла |
ные воски |
№ 1 |
80 |
||||
|
|
|
|||||
Хладон-12 |
CCl2F2 |
6,0 |
10 |
1,5 |
2,0 |
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Смесь |
CCl2F2 |
|
|
|
|
|
|
хладонов |
3,5 |
10 |
1,7 |
2,2 |
1,5 |
||
C2Cl2 F4 |
|||||||
12/144(40:60) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Смесь |
CCl2F2 |
|
|
|
|
|
|
хладонов |
5,2 |
10 |
3,0 |
3,0 |
2,3 |
||
C4F6 |
|||||||
12/318с(50:50) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Составы, выдаваемые из упаковки в виде пен. Значительное количество аэрозольных составов представляют собой эмульсионные системы и выдаются в виде пен. Они состоят, в основном, из водной фазы, содержащей ПАВ и заэмульгированный пропеллент. Концентрация последнего колеблется от 3,5 до 89%, а для большинства из них она составляет 10-20%.
Пена лишена ряда недостатков, присущих другим лекарственным формам. Она обеспечивает экономичное дозирование, лучше контактирует со слизистой оболочкой, придает лекарству пролонгированное действие. Под влиянием температуры тела пена увеличивается в объеме, заполняет все свободные места и каналы в прямой кишке или во влагалище. Установлено, что пена может перемещаться в проксимальном направлении и в течение 4-х часов обеспечивать высокую концентрацию лекарственного вещества.
Для получения пенообразующих аэрозолей нужны эффективные пенообразователи, которые в малых концентрациях обеспечивают получение обильной пены. Устойчивость пены зависит от многих факторов, основными из которых являются: концентрация пенообразователя, наличие электролита, рН среды, вязкость раствора, концентрация и тип пропеллента, наличие добавок.
Пены, полученные из аэрозольных упаковок, оценивают по следующим показателям: внешний вид, тип выдачи ее из упаковки (плавная, прерывистая, шумная), стабильность и время жизни, упругие свойства пены, высушиваемость в процентах во времени, ее смачивающие свойства, плотность, вязкость и дисперсность.
Учитывая разнообразные терапевтические и физико-химические свойства лекарственных веществ, необходимо иметь целый набор различных основ и ПАВ для создания наиболее рациональной рецептуры пенных аэрозольных препаратов. Они подразделяют на: водные, водно-спиртовые и неводные пены, содержащие органическую жидкость типа гликолей или минерального масла.
Водные пены. Водные пены представляют самую большую группу препаратов в аэрозольных упаковках. Они состоят, в основном, из водной фазы, содержащей ПАВ и заэмульгированный пропеллент. При выдаче жидкий пропеллент бурно вскипает и образует пену. Концентрация пропеллента в водных пенах может быть от 3,5 до 89% и зависит от типа пропеллента. Наиболее часто применяют хладон 114, хладон 12, их смеси (40:60), реже
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
хладоны 142, 152. Хладон 11 в водных аэрозольных системах не применяется в связи с его легкой гидролизуемостью в присутствии воды.
Водно-спиртовые пены. Этот класс пен представляет собой систему, состоящую из воды, этилового спирта, пенообразователя и пропеллента в таких соотношениях, в которых они взаиморастворимы.
При приготовлении водно-спиртовых пен пенообразователь должен быть частично растворим в системе вода/спирт и полностью в системе вода/спирт/пропеллент.
Неводные пены. Этот класс пен позволяет вводить в состав ингредиенты, чувствительные к влаге. Свойства их можно изменять в зависимости от типа и концентрации ПАВ, пропеллента и неводной фазы.
Вневодных пенах непрерывной фазой служат минеральные или растительные масла, гликоли и др. Такие пены мелкоячеистые, плотные, более однородны по размеру пузырьков газа, в некоторых случаях они приближаются к кремам. Смесь пропеллента и масла значительно влияет на давление внутри баллона, понижая его, поэтому для обеспечения полной эвакуации содержимого из баллона подбор пропеллента играет решающую роль.
Аэрозоли-суспензии. Это гетерогенные дисперсные системы, которые характеризуются присутствием твердой фазы, нерастворимой в жидком аэрозольном концентрате. В аэрозолях-суспензиях пропеллент может быть включен
вдисперсную фазу или в дисперсионную среду. В любом случае действующее вещество диспергировано в нелетучем растворителе.
Основными факторами, влияющими на качество аэрозолей-суспензий являются: физико-химические свойства веществ, входящих в состав аэрозолей; соотношения между компонентами наполнителя; конструктивные особенности аэрозольной упаковки; температурные условия эксплуатации баллонов. На стабильность суспензий также влияют удельный вес и вязкость жидкой фазы.
Ваэрозоли-суспензии, как правило, вводят вещества инертные в химическом отношении, что сводит до минимума процессы взаимодействия и повышает устойчивость при хранении. Некоторые аэрозоли-суспензии могут сохраняться длительное время и не уступают продолжительности хранения активного вещества в сухом виде.
Вкачестве преимуществ препаратов в виде аэрозолей-суспензий можно выделить следующие: возможность использования веществ как растворимых,
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
так и не растворимых в данной среде; выраженный пролонгированный эффект; регулирования действия путем изменения величины частиц.
Основной недостаток аэрозолей-суспензий – термодинамическая неустойчивость, которая является их естественным состоянием. Со временем все суспензии расслаиваются, поэтому основными характеристиками данных систем являются дисперсность и наличие агрегативной и кинетической (седиментационной) устойчивости.
С целью повышения агрегативной и кинетической устойчивости суспензий применяются различные технологические приемы и методы. Наиболее эффективным способом стабилизации аэрозолей-суспензий является снижение поверхностного натяжения на границе образующих суспензию фаз, путем добавления поверхностно-активных веществ. В качестве таких веществ добавляют спирты жирного ряда, некоторые сложные эфиры, препятствующие слипанию частиц и одновременно смазывающие клапанно-распылительную систему. Применяют иногда и сорастворители для пропеллента (минеральные масла, неионогенные ПАВ, гликоли и др.).
В аэрозоли-суспензии вводят вещества, как правило, полярные; суспендированные в хладонах, они могут образовывать агрегаты. На агрегацию частиц оказывает влияние материал упаковки. Наименьшее агрегирование частиц происходит в металлических упаковках, наибольшее – в стеклянных аэрозольных баллонах.
Для аэрозольных суспензий размер частиц не должен превышать 40-50 мкм, а для ингаляционных аэрозолей наилучший эффект получен при величине частиц 5-10 мкм. При этом концентрация порошка должна быть не более 10%. Порошок не должен быть гидрофобным, так как с течением времени частицы его будут увеличиваться в размерах.
Общая схема технологического процесса производства препаратов, находящихся под давлением, изображена на рис. 19.4.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Подготовка
производства
Препараты в |
Подготовка контейнеров |
|
|
|
||||||
|
для наполнения |
|
Спреи |
|||||||
аэрозольной упаковке |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Приготовление |
|
|
|
|
|
|
|
Приготовление |
||
концентрата |
|
|
|
|
|
|
|
концентрата |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дозирование |
|
|
|
|
|
|
|
Дозирование |
||
концентрата в баллоны |
|
|
|
|
|
|
|
концентрата в контейнер |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Герметизация |
|
|
|
|
|
|
|
Укупоривание |
||
аэрозольных баллонов |
|
|
|
|
|
|
|
контейнера |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дозирование |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пропеллента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Контроль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
герметичности |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контроль качества |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Упаковка, маркировка |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 19.4. Схема технологического процесса получения препаратов, находящихся под давлением
19.7. СПОСОБЫ НАПОЛНЕНИЯ БАЛЛОНОВ ПРОПЕЛЛЕНТОМ
После дозирования в баллоны приготовленного концентрата, их подвергают наполнению пропеллентами.
Производство хладонов (пропеллентов) организовано на химических предприятиях, на фармацевтические они поступают в специальных емкостях. Приготовление смесей сжиженных пропеллентов и подача их на линию наполнения являются сложными и специфическими операциями для производства, требующими особых условий и оборудования, работающего под давлением.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
В настоящее время существует четыре метода заполнения аэрозольных баллонов пропеллентами:
–низкотемпературный способ или «холодное наполнение»;
–наполнение под давлением;
–метод наполнения сжатыми газами;
–метод наполнения растворимыми сжатыми газами.
При низкотемпературном способе баллон заполняется предварительно охлажденными продуктом и пропеллентами, герметизируется клапаном и подогревается до комнатной температуры. Метод связан с эксплуатацией техники глубокого охлаждения, поэтому при этом способе нельзя использовать стеклянные баллоны.
Наполнение сжатыми пропеллентами. При использовании в качестве пропеллентов сжатых газов наполнение ими герметизированных баллонов производится под давлением через клапан. При этом методе сжатый газ не дозируют, а в баллон вводится такое его количество, которое обеспечивает в упаковке необходимое давление, контролируемое с помощью манометра. Воздух из баллона может быть удален либо введением инертного газа перед герметизацией, либо введением капли хладона и вакуумизацией.
Наполнение растворимыми сжатыми пропеллентами. Если сжатый газообразный пропеллент растворим в концентрате, то в этом случае наполнение баллона пропеллентом также осуществляется через клапан, но при этом процесс должен сопровождаться энергичным встряхиванием для лучшего поглощения пропеллента концентратом. Введение газа и встряхивание продолжаются до полного насыщения вещества и установления равновесия системы (обычно это занимает до 20 с). Этот способ используют в основном для аэрозольной упаковки пищевых продуктов. Видео
Основным при производстве аэрозолей в фармации является метод наполнения под давлением. Принцип его заключается в том, что в наполненные продуктом и герметизированные клапаном сосуды нагнетается под давлением пропеллент.
Для наполнения аэрозольных упаковок существует большое число различных автоматических установок и линий, производительность которых колеблется от 2 до 20 млн. аэрозолей в год, среди которых следует выделить автоматические линии для заправки аэрозоля и спрея семейств NQDG, BQGF, GFF компа-
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
нии «LUXUN» Китай. Линии могут быть укомплектованы автоматом для проверки герметичности баллонов и упаковочными машинами. Среди мировых лидеров в производстве оборудования для получения аэрозолей находятся фирмы «Terco» (США), «Pamasol» (Швейцария), «Coster» (Италия), предлагающие линии производительностью 500 баллонов в минуту и более.
Общая схема технологической линии наполнения аэрозольных баллонов приведена на рис. 19.5.
Готовая
продукция
Рис. 19.5. Принципиальная схема технологической линии производства аэрозольных упаковок. Объяснение в тексте
Баллоны загружают на ленту транспортера и подают в моечную машину (1), где они проходят стадию мойки, ополаскиваются, обрабатываются паром и сушатся. После этого по транспортеру (2) баллоны подаются на линию наполнения. С целью выравнивания производительности автоматов баллоны сначала попадают на стол-накопитель (3), а затем по конвейерному ленточному транспортеру (4) поступают на автомат для продувки (5) его стерильным сжатым воздухом. Далее автоматическое дозирующее устройство (6) наполняет баллон концентратом, после чего из него удаляется воздух. Для этих целей автоматическая головка (7) дозирует 1-2 капли сжиженного пропеллента. Испаряясь, пропеллент вытесняет воздух, находящийся в баллоне. Далее баллоны герметизируют. Этот процесс осуществляется на автомате (8) крепления клапана. Крепление клапана может осуществляться двумя способами: с помощью разжимных цанг или закаткой путем вращения роликов вокруг горловины баллона. После этого они посту-
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
пают к дозаторам (9), которые впрыскивают в них пропеллент (хладон) под давлением. Порционные дозаторы могут быть роторного или линейного типа. После заполнения баллонов пропеллентом они проходят проверку на прочность и герметичность в водяной ванне (10) при температуре 45±5°С в течение 15-20 минут (для стеклянных баллонов) или 5-10 минут (для металлических баллонов). При нагревании баллонов в ванне создается повышенное давление, и они или взрываются, или выделяют пропеллент, что легко заметно по поднимающимся в воде пузырькам. Бракованные баллоны извлекаются из ванны. Некоторые линии производства аэрозолей снабжены специальными детекторами с газовыми анализаторами, которые контролируют минимальные количества утечки пропеллента из баллонов. Негерметичные баллоны отбраковываются автоматически.
Далее баллоны по конвейеру поступают в сушильный туннель (11) и просушиваются после воды, а затем проходят контрольное взвешивание на автоматических весах (12). При изменении массы баллоны отбраковываются автоматически.
Если аэрозольные упаковки содержат в качестве пропеллента сжатый газ, то их контролируют на наличие давления газа с помощью манометра. Баллоны, не содержащие газа, отбраковываются автоматически (13). После этого баллоны снабжаются распылителями (14), проверка качества которых осуществляется на специальном автоматическом устройстве. С помощью ориентирующего автоматического приспособления (15) на баллоны одеваются защитные колпачки. Автомат (16) маркирует баллоны (серия, срок годности и другие данные). После этого баллоны поступают на линию упаковки (17, 18, 19, 20), где их помещают в пачки, снабжают инструкцией по применению. Затем их упаковывают в транспортную тару и обандероливают.
19.8. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ ПРЕПАРАТОВ В АЭРОЗОЛЬНЫХ УПАКОВКАХ
Стандартизация аэрозольных упаковок на заводах проводится отделом технического контроля в соответствии с АНД на данный препарат. Необходимо отметить, что качество аэрозольных препаратов зависит от многих факторов и требует особой формы контроля, так как после укупорки баллона невозможно внести изменения в состав препарат.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
гидрофторуглероды, не содержат атома хлора, не разрушают озоновый слой, практически не вызывают «парникового эффекта» и абсолютно не токсичны.
Вбаллоне дозирующего аэрозольного ингалятора (ДАИ), в которой в качестве пропеллента используются гидрофторуглероды, лекарственный препарат содержится не в виде суспензии, а в форме раствора, для стабилизации которого используются этанол и цитраты. Это исключает необходимость предварительного встряхивания ингалятора перед употреблением и удерживание его вверх дном при выполнении ингаляции. Однако больной после ингаляции может ощущать во рту привкус алкоголя и лимона.
Внастоящее время в странах СНГ, как и во всем мире, успешно используются бесфреоновая форма бронхолитиков – Беротек Н и Беродуал Н. Бесфреоновые ДАИ обладают целым рядом достоинств. В частности размер частиц беклометазона уменьшился с 3,5 до 1,1 мкм, а легочная депозиция увеличилась с 4 до 56% соответственно. Это позволило снизить дозы беклометазона при использовании гидрофторуглеродных ДАИ у больных бронхиальной астмой в 2,6 – 3,2 раза.
Таким образом, использование бесфреоновых ДАИ улучшает воспроизводимость ингаляционной дозы, ее доставку, упрощает технику ингаляций.
2. В области создания различных аэрозольных упаковок все большее распространение получает упаковка, получившая название «барьерной». Суть
еезаключается в том, что продукт отделен от пропеллента «барьером», подвижной перегородкой, предотвращающей контакт между ними. При этом резко расширяются возможности упаковки, т.к. исключается химическое взаимодействие между пропеллентом и продуктом, а также поступления пропеллента в атмосферу. Конструктивно двухкамерные аэрозольные упаковки выполняются в различных вариантах: с поршнем, с вкладышем, с внутренним мешочком и др.
Количество пропеллента в таких упаковках незначительно, поэтому струя, выдаваемая из них недостаточно дисперсна. Для повышения дисперсности подбирают маловязкие рецептуры, уменьшают проходные сечения отверстий и каналов клапанов или вводят очень малые количества пропеллента в препарат.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
3.Альтернативной аэрозольной упаковкой является упаковка, снабженная микронасосом (механическим пульверизатором). Пульверизатор в виде миниатюрного поршневого насоса, работающего от нажатия пальцем, навинчивается на горловину баллона (чаще всего стеклянного). Тонкодисперсную струю в таких случаях получают при сочетании высокого гидравлического давления, развиваемого насосом, с малым проходным сечением клапанов (для этого применяют лазерные технологии). Но для распыления суспензий с высоким содержанием твердых веществ, пленкообразующих препаратов, пен и других высоковязких систем подобные насосы непригодны.
4.Сжимаемые баллоны изготавливают из эластичных полимеров (полиолефинов, акрилонитрила, полиэфира, полиуретановых и других смол). Принцип работы их основан на действии мускульной силы сжатия такого баллона и выдавливании продукта через сопло с малым сечением. Такие упаковки являются самыми дешевыми, однако они требуют значительных усилий для приведения их в действие и производят грубодисперсные аэрозоли.
Всем перечисленным упаковкам присущ один общий недостаток – невозможность достижения достаточного внутреннего давления, сравнимого с давлением, создаваемым обычными аэрозольными упаковками со сжиженными пропеллентами.
19.10СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ
ПРЕПАРАТОВ
В настоящее время в клинической практике используются несколько систем доставки аэрозольных препаратов:
–дозирующие аэрозольные ингаляторы (ДАИ) – фреоновые и безфреоновые;
–комбинация ДАИ со спейсером;
–дозирующие порошковые ингаляторы (ДПИ);
–небулайзеры.
Спейсер представляет собой объемную камеру (аэрозольный резервуар), которая соединяет ДАИ с дыхательными путями больного. В спейсер частицы лекарственного препарата попадают из ингалятора и находятся внутри камеры во взвешенном состоянии около 20 с. В течение этого времени больной может
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
вдохнуть лекарство за один или несколько раз, не беспокоясь о координации вдоха с нажатием на клапан ингалятора.
Рис. 19.6.Устройство и принцип действия спейсера
Крупные частицы аэрозоля при нахождении в спейсере оседают на его стенках, что увеличивает объем респирабельной фракции до 20%, а депозицию препарата в легких в 2-4 раза с соответствующим усилением терапевтического эффекта. Одновременно значительно уменьшается осаждение препарата в ротоглотке.
Таким образом спейсеры позволяют компенсировать ряд недостатков, присущих ДАИ. В частности, за счёт уменьшения орофарингеальной депозиции препарата снижаются соответствующие побочные эффекты (кашель, кандидоз полости рта и др.) ряда ингаляционных лекарственных препаратов, прежде всего, глюкокортикоидов и β2-агонистов. Кроме того, использование спейсеров снижает «эффект холодного фреона», приводящего к преждевременному прекращению вдоха.
Наконец, спейсеры значительно упрощают технику ингаляций, что позволяет использовать ДАИ практически у всех пациентов, включая детей, стариков и лиц с неудовлетворительной техникой выполнения ингаляционных процедур. У детей до 3 лет используют спейсеры, оборудованные лицевыми масками.
Важной характеристикой спейсеров является их объём. Спейсеры большого объёма предназначены для использования в период острых приступов, а малого – для ежедневного применения.
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
Серьёзным фактором, влияющим на выход аэрозоля из спейсера, является его наэлектризованность. Электростатический заряд усиливает осаждение частиц аэрозоля на внутренней поверхности спейсера. Для уменьшения этого феномена новый или вымытый спейсер обрабатывают 12-15 дозами аэрозоля из ДАИ, в результате чего образуется тонкий антистатический слой.
Основным недостатком спейсеров является их относительная громоздкость, что затрудняет их использование больными вне дома. Не следует забывать, что применение спейсера повышает стоимость лечения.
Впоследние годы за счёт усовершенствования формы созданы небольшие по объему и размеру спейсеры. Так, спейсер «Jet» имеет диаметр около 10 см и представляет собой герметическую ёмкость с аэрозолем. При ингаляции внутри камеры поток направляется по спирали. При этом крупные частицы оседают на стенках камеры, тогда как частицы небольших размеров проникают в нижние дыхательные пути. По эффективности спейсер «Jet» не уступает спейсеру большого объёма и используется для ингаляции беклометазона дипропионата. Ещё одним несомненным преимуществом является то, что каждая ингаляционная доза содержит 250 мкг препарата против 50 мкг в обычном ДАИ.
Вдозирующих порошковых ингаляторах (ДПИ) лекарственное вещество используется в виде мелкодисперсного порошка, помещенного в блистеры из двойной фольги, которые симметрично расположены на диске. Для эффективного использования ДПИ больной должен осуществлять вдох через ингалятор с максимальным усилием. Выдыхать в ДПИ нельзя, чтобы не «выдуть» дозу из ингалятора.
Достоинствами ДПИ являются: портативность; удобство и относительная простота использования; отсутствие пропеллентов; отсутствие необходимости в синхронизации вдоха с нажатием на клапан ингалятора; возможность использования у детей, начиная с 5-летнего возраста.
Доказано, что эффективность дозирующих порошковых ингаляторов превосходит дозирующие аэрозольные ингаляторы. Это подтверждено сопоставлением уровней оседания препаратов в ротоглотке с величинами их лёгочной депозиции препарата в лёгких достигает 40%.
Однако, у ДПИ есть свои недостатки: необходимость достаточно мощного воздушного потока на вдохе, что затрудняет их использование при
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
приступах удушья и у детей до 5 лет; низкая воспроизводимость размера частиц; пагубное влияние влажности на работу и хранение ДПИ; невозможность использовать спейсер; плохая переносимость вдыхания порошкообразных форм некоторыми больными, у которых при этом возникает кашель и/или бронхоспазм.
Небулайзеры. Термин происходит от латинского "nebula", что означает туман или облачко. Применяются в медицинской практике почти 150 лет.
Рис. 19.7. Небулайзер
Основными элементами любой небулизационной системы являются:
–емкость для растворов лекарственных препаратов,
–генератор аэрозоля, обычно компрессор;
–элементы для доставки аэрозоля в верхние дыхательные пути (трубки, мундштук, загубник, маски).
Аэрозоль в верхние дыхательные пути доставляется непосредственно через загубник, мундштук или лицевую маску. Оба варианта считаются, достаточно эффективными. Однако использование маски приблизительно вдвое уменьшает доставку аэрозоля в легкие. Затрудненное носовое дыхание вызывает дополнительное снижение легочной депозиции препарата. Рекомендуют более широкое использование загубников, а лицевые маски чаще используют у детей до 3-х лет и при неотложной терапии. При использовании маски необходимо следить за тем, чтобы она плотно прилегала к лицу больного. Это позволяет избежать попадания ингалируемого раствора в глаза.
Достоинства небулайзеров: способность генерировать аэрозольные частицы респирабельного размера (1-5 мкм); возможность доставки большой дозы препарата в течение короткого периода времени (обычно за 5 – 10 минут); низкая орофарингеальная депозиция препаратов; простая техника ингаляции,
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
которая осуществляется в режиме «спокойное дыхание», поскольку отсутствует необходимость координации вдоха с поступлением аэрозоля и нет потребности в форсированном вдохе; возможность включения в контур небулайзера подачи кислорода и проведения искусственной вентиляции легких; возможность использования системы при наиболее тяжелых состояниях (астматический статус), у стариков и детей, при двигательных расстройствах и нарушениях сознания; при небулизации не нужен пропеллент.
Недостатки, присущие большинству небулайзеров: лекарственный препарат при проведении небулизации не удается использовать полностью, так как часть его остается в так называемом «мертвом» пространстве небулайзера, даже если его камера практически полностью осушена. Остаточный объем зависит от конструкции небулайзера и обычно находится в пределах 1 мл. С учетом этой величины объем наполнения небулайзеров должен быть не менее 2 мл. В небулайзерах с остаточным объемом более 1 мл, исходный объем должен быть около 4 мл, что значительно повышает расход препарата. Остаточный объем может быть уменьшен путем легкой встряски камеры небулайзера в конце процедуры, при этом происходит возвращение крупных капель раствора со стенок камеры в рабочую зону, где он вновь подвергается небулизации. В целом, чем больше исходный объем раствора, тем большая доля препарата ингалируется. Однако при этом время небулизации также увеличивается. Кроме того, следует учитывать, что большинство лекарственных препаратов для небулизации расфасовано по 2 и 2,5 мл. Поэтому повышение объёма наполнения может потребовать дополнительных расходных материалов, что увеличит стоимость терапии.
Важной в практическом отношении проблемой «старение» небулайзера. Это касается, прежде всего, струйных небулайзеров. При этом снижается скорость воздушной струи и повышается диаметр частиц аэрозоля. Мойка небулайзера также может ускорять процесс «старения», а при редкой чистке камеры выходное отверстие может засоряться кристаллами препаратов, приводя к снижению выхода аэрозоля.
При отсутствии обработки небулайзера качественные и количественные характеристики аэрозоля ухудшаются, в среднем, после 40 ингаляций.
Carsten R. с коллегами из Ludwig -Maximilians University (Мюнхен, Германия) предложили новую лекарственную форму аэрозоля, получившую название
ПРЕПАРАТЫ, НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. СПРЕИ. МЕДИЦИНСКИЕ ПЕНЫ
наномагнитозоля. В ней лекарственное вещество смешано с наночастицами из оксида азота. Оксид азота обеспечивает магнитные свойства новой лекарственной формы с формированием золя в виде микрокапелек размером около 50 нанометров. Новая лекарственная форма аэрозоля испытана в эксперименте на мышах. Ингаляции осуществлялись под контролем внешнего магнитного поля, что позволяло направлять аэрозоль в нужный участок легких. При этом эффективность его доставки в бронхи удалось повысить в 8 раз.
Существующие на сегодня ингаляторы доставляют в легкие не более 4% лекарственного вещества. Это заставляет врачей значительно повышать его дозу, что чревато высоким риском нежелательных побочных эффектов. Пока еще рано делать прогнозы, насколько эффективным наномагнитозоль окажется у человека в силу гораздо более развитой системы бронхов. Кроме того, предстоит также решить проблему создания градиентов магнитных полей вокруг грудной клетки человека, что значительно сложнее, чем у мелких животных.
Прогрессивным направлением развития препаратов под давлением является разработка специалистами Корейского института радиологии и медицины спрея из стволовых клеток кожи пострадавшего. Препарат позволяет эффективно лечить обширные поражения кожи от ожогов и действия радиации.
Таким образом, в настоящее время препараты, находящиеся под давлением, находят широкое применения в медицине для лечения различных патологических состояний организма человека.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ГЛАВА 20. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. КЛАССИФИКАЦИЯ. ТРЕБОВАНИЯ
Лекарственные средства для парентерального применения – это сте-
рильные препараты, предназначенные для введения путем инъекций, инфузий или имплантаций в организм человека или животного. К ним относятся водные и неводные растворы, эмульсии, суспензии, порошки и таблетки для получения растворов и имплантации, лиофилизированные препараты, вводимые в организм парентерально (подкожно, внутримышечно, внутривенно, внутриартериально, ретробульбарно или субконъюнктивально, в различные полости).
В настоящее время среди всех готовых лекарственных средств, выпускаемых отечественной фармацевтической промышленностью, на долю парентеральных препаратов приходится около 30%. Лекарственные формы парентерального назначения занимают значительное место в номенклатуре лекарственных средств, только на инъекционные препараты в различных фармакопеях мира приходится от 10% до 15% статей.
Парентеральные лекарственные средства (ПЛС) – относительно моло-
дая лекарственная форма. Впервые подкожно впрыскивания лекарств были осуществлены в начале 1851 года русским врачом Владикавказского военного госпиталя Лазаревым.
Специальные стеклянные сосуды-ампулы, рассчитанные на разовое использование помещенного в них стерильного раствора лекарственного вещества, были предложены петербургским фармацевтом профессором А.В.Пелем в 1885 году. Независимо друг от друга и почти одновременно сведения об ампулах содержали также опубликованные в фармацевтических журналах сообщения немецких аптекарей Фридлендера, Марпманна, Лютце, австрийца Бернатуика и француза Станислава Лимузина. В то время еще не существовало развитой фармацевтической промышленности, поэтому аптекарь был вынужден сам изготавливать ампулы или обращаться к стеклодуву. В дальнейшем в связи с расширением номенклатуры инъекционных растворов, увеличением потреб-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ности в них, а также с усложнением прописей их производство было организовано на фармацевтических фабриках и заводах.
Парентеральный путь введения в организм лекарств имеет ряд преимуществ перед другими методами:
–быстрое действие и полная биологическая доступность лекарственного вещества;
–точность и удобство дозирования;
–возможность введения лекарственного вещества больному, находящемуся в бессознательном состоянии или, когда лекарство нельзя вводить через рот;
–отсутствие влияния секретов ЖКТ и ферментов печени, что имеет место при внутреннем употреблении лекарств;
–возможность создания больших запасов стерильных растворов, что облегчает и ускоряет их отпуск из аптек.
Наряду с преимуществами парентеральный путь введения имеет и некоторые недостатки:
–при введении препаратов через поврежденный покров кожи в кровь легко могут попасть патогенные микроорганизмы;
–вместе с парентеральным средством в организм может быть введен во з- дух, вызывающий эмболию сосудов или расстройство сердечной деятельности;
–даже незначительные количества посторонних примесей могут оказать вредное влияние на организм больного;
–психоэмоциональный аспект, связанный с болезненностью парентерального пути введения;
–введение стерильных лекарств должно осуществляться квалифицированными специалистами.
Введение ПЛС осуществляется путем инъекций (впрыскивание незначительного объема), инфузий (разовое вливание более 100 мл капельно или струйно) или имплантаций при помощи специальных устройств с нарушением целостности кожных или слизистых покрытий. Такое введение достаточно болезненно, поэтому в последнее время применяются менее болезненные методы безигольного введения инъекционных растворов в виде тончайшей (около 0,1- 0,12 мм диаметром) струи под высоким давлением, которая выдается из отверстия специального инъектора со скоростью 300 м/сек и проникает через кожный покров на глубину 3 см. C этой целью применяются ручные инъекторы ти-
па «Пчелка», «Hynospray», «Jetinjection» и др.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Согласно фармакопее Украины (1-е изд.) лекарственные средства для парентерального применения классифицируются следующим образом:
•Инъекционные лекарственные средства
•Внутривенные инфузионные лекарственные средства
•Концентраты для инъекционных или внутривенных инфузионных лекарственных средств
•Порошки для инъекционных или внутривенных инфузионных лекарственных средств
•Имплантаты.
Требования этой статьи не распространяются на препараты, изготовленные из человеческой крови, иммунологические и радиофармацевтические препараты, имплантируемые протезы.
Инъекционные лекарственные средства – это стерильные растворы,
эмульсии или суспензии. Растворы для инъекций должны быть прозрачными и практически свободными от частиц. Эмульсии для инъекций не должны обнаруживать признаков расслоения. В суспензиях для инъекций может наблюдаться осадок, который должен быстро диспергироваться при взбалтывании, образуя суспензию. Образовавшаяся суспензия должна быть достаточно стабильной для того, чтобы обеспечить необходимую дозу при введении.
Внутривенные инфузионные лекарственные средства – это стерильные водные растворы или эмульсии с водой в качестве дисперсионной среды; должны быть свободны от пирогенов и обычно изотоничны крови. Предназначаются для применения в больших дозах, поэтому не должны содержать никаких антимикробных консервантов.
Концентраты для инъекционных или внутривенных инфузионных ле-
карственных средств – представляют собой стерильные растворы, предназначенные для инъекций или инфузий после разведения. Концентраты разводят до указанного объема соответствующей жидкостью перед применением. После разведения полученный раствор должен соответствовать требованиям, предъявляемым к инъекционным или инфузионным лекарственным средствам.
Порошки для инъекционных или внутривенных инфузионных лекарст-
венных средств – представляют собой твердые стерильные вещества, помещенные в стерильный контейнер. При встряхивании с указанным объемом соответствующей стерильной жидкости они быстро образуют или прозрачный, свободный
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
от частиц раствор, или однородную суспензию. После растворения или суспендирования они должны соответствовать требованиям, предъявляемым к инъекционным или инфузионным лекарственным средствам.
Имплантаты – представляют собой стерильные твердые лекарственные средства, имеющие подходящие для парентеральной имплантации размеры и форму, и высвобождающие действующие вещества в течение длительного периода времени. Они должны быть упакованы в индивидуальные стерильные контейнеры.
Парентеральное применение препаратов предполагает нарушение кожного покрова, что связано с возможным инфицированием патогенными микроорганизмами и введением механических включений. Поэтому стерильное производство препаратов по сравнению с другими направлениями фармацевтической промышленности имеет специфические особенности, которые диктуются требованиями к парентеральным лекарственным формам. Главные из них – отсутствие механических примесей, стерильность, стабильность, апирогенность, а для некоторых – изотоничность, осмолярность или осмоляльность, изоионичность, изогидричность, определенное значение вязкости, что указывается в соответствующей нормативной документации.
20.2. СОЗДАНИЕ УСЛОВИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕРИЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
Одним из условий производства качественной стерильной продукции и торговли ею на внутреннем и зарубежных фармацевтических рынках является обеспечение качества препаратов за счет выполнения, в первую очередь, принципов и правил надлежащей производственной практики (GMP – Good manufacturing practice).
Для создания оптимальных условий, обеспечивающих выпуск высококачественных лекарственных форм, за последние десятилетия разработаны требования к производству стерильной продукции, которые изложены в РД 64-125- 91 «Правила организации производства и контроля качества лекарственных средств (GMP)», GMP ВОЗ «Sterile pharmaceutical products» (1992), GMP Eвропейского Cообщества (ЕС) «Manufacture of sterile medicinal products» (1997), МВ 64У-1-97 «Производство лекарственных средств. Надлежащая практика и контроль качества», «Надлежащая производственная практика лекарст-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
венных средств» (1999 и 2001), Руководство (Настанова) СТ-Н МОЗУ 42- 4.0:2008 «Лекарственные средства. Надлежащая производственная практика».
Надлежащая производственная практика (НПП) – это часть системы обеспечения качества, которая гарантирует, что продукция производится и контролируется по стандартам качества и соответствует своему назначению.
Для обеспечения всех показателей качества готовой стерильной продукции должны выполняться специальные требования, предъявляемые к документации, проведению технологического процесса, чистоте производственных помещений, работе технологического оборудования, вентиляции и чистоте воздуха, системе подготовки основного сырья и вспомогательных материалов для снижения до минимума риск контаминации микроорганизмами, частицами и пирогенными веществами. Предъявляются также определенные требования к персоналу и производственной санитарии. Соблюдение этих правил зависит, в первую очередь, от надлежащей квалификации, образования, уровня практического опыта и производственной дисциплины всего персонала.
20.2.1. Общие требования к производству стерильной продукции. Классы чистоты производственных помещений
Производство ПЛС осуществляют на специальных, только для этих целей предназначенных, участках. Устройство этих помещений должно обеспечивать минимум возможности загрязнения готового продукта производства, т.е. минимум мест скопления пыли, подачу воздуха контролируемой чистоты, поддержание повышенного давления. При необходимости в помещении поддерживают определенную температуру и влажность. Такие помещения называют «чистыми».
«Чистым» помещением или «чистой» комнатой называется помеще-
ние, в котором счетная концентрация аэрозольных частиц и число микроорганизмов в воздухе поддерживается в строго определенных пределах. Под частицей понимается твердый, жидкий или многофазный объект или микроорганизм с размерами от 0,005 до 100 мкм. При классификации «чистых» помещений рассматриваются частицы от 0,1 до 5 мкм.
«Чистое» помещение может содержать одну или несколько «чистых» зон. «Чистые» зоны могут быть и вне «чистого» помещения. «Чистые» зоны могут создаваться в локальных объемах: ламинарные шкафы, модули, изоляторы, блоки и пр.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Важной характеристикой «чистого» помещения является его класс. Класс «чистого» помещения характеризуется классификационным числом, определяющим максимально допустимую счетную концентрацию аэрозольных частиц определенного размера в 1 м3 воздуха. Для получения воздуха с т ребуемыми характеристиками должны быть использованы методы, прошедшие валидацию, внесенные в технологический регламент и разрешенные в установленном порядке уполномоченным государственным органом.
Влажность и температура в чистых помещениях могут меняться в зависимости от требований технологического процесса. Однако при влажности выше 50% начинается коррозия металлических деталей, т.к. гигроскопические частицы поглощают из воздуха столько влаги, что становятся инициаторами коррозии. При низкой относительной влажности на диэлектрических металлах может накапливаться статистическое электричество, а, следовательно, удерживаться частицы пыли.
Производство стерильных лекарственных средств должно выполняться в чистых производственных зонах, в которые доступ персонала и/или оборудования и материалов должен происходить через воздушные шлюзы. В них должна поддерживаться надлежащая степень чистоты, регламентируемая правилами GMP, а поступающий вентиляционный воздух должен проходить очистку с использованием фильтров соответствующей эффективности. Различные операции по подготовке компонентов, приготовлению продукта и наполнению сосудов должны выполняться в раздельных зонах внутри чистого помещения.
Для производства стерильных лекарственных средств выделяют четыре класса чистоты, которые классифицируются в соответствии с требуемыми характеристиками окружающей среды в эксплуатируемом и в оснащенном состояниях (табл. 20.1).
«Оснащенное» состояние – это условие, при котором система чистого помещения полностью подготовлена, производственное оборудование полностью готово к работе, но персонал отсутствует.
«Эксплуатируемое» состояние – это условие, при котором система чистого помещения и оборудование функционирует в установленном режиме с определенным числом работающего персонала.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Таблица 20.1 Классификация чистых зон по максимально допустимому числу
частиц в воздухе
Классы |
Максимально допустимое число частиц в 1 м3 воздуха |
|
|
||
чистоты |
Оснащенное состояние |
Эксплуатируемое состояние |
|
||
|
0,5 мкм |
5,0 мкм |
0,5 мкм |
5,0 |
мкм |
А |
3520 |
20 |
3520 |
20 |
|
В |
3520 |
29 |
352000 |
2 900 |
|
С |
352 000 |
2900 |
3 520 000 |
29 |
000 |
D |
3 520 000 |
29000 |
Не нормируется |
|
|
Класс А: Локальные зоны для технологических операций, требующих самого минимального риска контаминации, например, зоны приготовления лекарственных форм в асептических условиях, наполнения, укупорки, вскрытия стерильных ампул и флаконов. Условия класса А предполагают рабочее место с ламинарным потоком воздуха и равномерной скоростью воздуха (0,45± 20%) м/с.
Класс В: Окружающая среда для зоны А в случае приготовления и наполнения первичной упаковки и ее герметизации в асептических условиях.
Классы С и D: Чистые зоны для ведения технологических операций, допускающих более высокий риск контаминации, при производстве стерильной продукции, которая подвергается финишной стерилизации.
Допустимое число частиц в 1 м3 воздуха чистого помещения в оснащенном состоянии должно достигаться после короткого периода санитарной уборки в течение 15-20 минут после завершения технологических операций при отсутствии персонала. Допустимое число частиц для чистой зоны класса А в эксплуатируемом состоянии должно поддерживаться в зоне, которая непосредственно окружает продукцию и, когда продукция или открытая емкость подвергается воздействию окружающей среды.
При проектировании новых предприятий фармацевтической продукции зарубежными проектировщиками предусматривается дополнительная контролируемая зона чистоты К, к которой относятся производственные помещения или окружающая зона визуального контроля и упаковки продукции, материальный шлюз в зону D, карантинные и складские помещения хранения сырья, материалов, первичной упаковки и полупродуктов с фиксируемыми и контролируемыми параметрами. Так, кратность воздухообмена в них должна быть не
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ниже 5,0; 2-х ступенчатая очистка воздуха (причем на первой ступени рекомендуются фильтры класса G4 с эффективностью не менее 90%, на второй – фильтры класса S9 с эффективностью не менее 95%).
Для достижения соответствующих классов чистоты требуется кратность воздухообмена, учитывающая размер помещения, находящееся в нем количество оборудования и численность персонала.
Для подтверждения класса чистоты зон в эксплуатируемом состоянии в них необходимо периодически осуществлять микробиологический контроль с использованием метода седиментации на пластины, отбора проб воздуха и с поверхностей. Следует дополнительно осуществлять микробиологический контроль, когда не проводятся технологические операции (табл. 20.2).
Таблица 20.2 Рекомендуемые пределы при микробиологическом контроле чистых зон в эксплуатируемом состоянии в колониевообразующих единицах (КОЕ)
Класс |
В воздухе |
Седиментация |
на |
Контактные пластины |
Отпечаток |
5 паль- |
чистоты |
КОЕ/м3 |
пластину (d |
=90мм) |
(d =55мм) |
цев в |
перчатке |
|
|
КОЕ/ 4 ч |
|
КОЕ/пластина |
КОЕ/перчатка |
|
А |
< 1 |
< 1 |
|
< 1 |
< 1 |
|
B |
10 |
5 |
|
5 |
5 |
|
C |
100 |
50 |
|
25 |
- |
|
D |
200 |
100 |
|
50 |
- |
|
20.2.2. Требования к производственным помещениям
Производственные помещения необходимо проектировать, располагать, приспосабливать, оснащать, содержать и обслуживать таким образом, чтобы они соответствовали своему назначению, обеспечивали возможность проведения эффективной уборки и эксплуатации с целью исключения микробной и перекрестной контаминации, а также других факторов, которые могут отрицательно повлиять на качество продукции.
При проектировании, строительстве и реконструкции производственных помещений их объемно-планировочное решение и расположение оборудования должны соответствовать требованиям государственных строительных норм и других законодательных актов.
Помещения (в том числе производственные, складские, санитарнобытовые) должны быть объединены в отдельные функциональнотехнологические блоки, при необходимости – с автономными системами инженерного обеспечения. Помещения для производства должны использоваться
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
строго по назначению и быть достаточно просторными, чтобы свести к минимуму риск смешения разных лекарственных средств, перекрестное загрязнение или пропуск одной из стадий технологического процесса. Они должны быть оснащены необходимым количеством оборудования.
Помещения следует располагать в соответствии с последовательностью технологического процесса и классов чистоты. Не допускается примыкание помещений классов чистоты А, В, С, D к наружным ограждающим конструкциям. Помещения более высокого класса чистоты необходимо располагать внутри помещений более низкого класса. Чистые зоны следует проектировать так, чтобы отсутствовала необходимость входа в них наблюдающего или контролирующего персонала.
Доступ персонала и/или поступление исходного сырья, материалов, полупродуктов и оборудования в чистые помещения разрешается только через воздушные шлюзы, которые обеспечены подачей стерильного воздуха в направлении «вниз». Различные операции по подготовке компонентов, приготовлению продукта и наполнению сосудов должны выполняться в раздельных зонах внутри чистого помещения.
Различные двери воздушных шлюзов не должны открываться одновременно. Для предотвращения открывания более чем одной двери необходимы системы блокирования или звуковой сигнализации. Смежные помещения с другими классами чистоты должны иметь разницу в давлении 10-15 Па. В каждом чистом помещении должна функционировать сигнальная система, предупреждающая о нарушении или прекращении процесса подачи стерильного воздуха.
Стены, пол и потолок должны быть гладкими, легко очищаемые, а соединение стен между собой и стен с полом должны иметь закругления радиусом 300 мм, а для надежной герметизации стыков всех конструктивных элементов следует использовать прокладки и специальные строительные герметики, не выделяющие пыль.
В чистых зонах все открытые поверхности должны быть гладкими, непроницаемыми и неповрежденными, чтобы свести к минимуму образование и накопление пыли и микроорганизмов, а также обеспечить возможность многократного применения очищающих и дезинфицирующих средств. Материалы, применяемые при отделке производственных помещений, должны быть непылящими, негорючими, легко моющимися и устойчивыми к воздействию дезин-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
фицирующих веществ. После завершения технологических работ помещение следует обрабатывать дезинфицирующими средствами и УФ-излучением.
К системам коммуникаций производственных помещений также предъявляются определенные условия: проектирование систем водопотребления, канализации и т.д. следует выполнять в соответствие с действующими нормами и правилами. Так, трубопроводы и технологические линии должны быть изготовлены из нержавеющей стали или других коррозионно-стойких материалов с учетом возможности из стерилизации; иметь наклон вниз для полного стекания жидкости и не иметь участков (изгибов, тупиков и др.), в которых может застаиваться перемещающаяся жидкость. Стационарные трубопроводы должны быть четко маркированы с указанием их содержания, а при необходимости должно быть указано направление потока и другие параметры.
Запрещается установка и использование раковин и стоков в помещениях с классами чистоты А/В, в других зонах между оборудованием и раковиной или стоком должно быть воздушное пространство. Стоки должны быть оснащены сифонами или водяными затворами для предотвращения обратного потока.
Помещения для подготовки к работе персонала должны быть спроектированы как воздушные шлюзы, их следует эксплуатировать таким образом, чтобы обеспечить разделение различных этапов смены одежды и тем самым свести к минимуму риск контаминации технологической одежды микроорганизмами и механическими частицами. В таких санпропускниках должны находиться закрывающиеся емкости для использованной одежды, а также моющие и дезинфицирующие средства для мойки и обработки рук. Последняя часть помещения для смены одежды в оснащенном состоянии должна иметь тот же класс чистоты, что и рабочая зона, в которую она ведет.
Подготовка производственных помещений – одно из важнейших мероприятий по обеспечению чистоты и сведению к минимуму механических и микробных загрязнений. Под санитарной подготовкой производственных помещений понимают комплекс мероприятий, которые состоят из влажной уборки, дезинфекции и УФ-облучения, направленных на достижение соответственного класса чистоты. Уборку производственных помещений следует проводить ежесменно, а генеральную – один раз в 5 -6 дней или немедленно по требованию бактериолога.
Дезинфекция помещений и поверхностей оборудования приводит, как правило, к снижению микроорганизмов на 40-60% от их исходного содержания.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
При выборе дезинфицирующего вещества необходимо учитывать не только его бактерицидные свойства и спектр действия, но и возможную токсичность для человека. Рекомендуется при уборке применять 2-6% раствор перекиси водорода, 1%-ный раствор дегмина, 0,5%-ный раствор хлоргексина биглюконата, растворы рецептуры «С4» и «Стерилиум» или другие специальные дезинфектанты и детергенты. Однако продолжительное использование какого-либо дезинфицирующего средства приводит к образованию устойчивых штаммов микроорганизмов. Поэтому рекомендуют дезинфицирующее средство менять каждые 10-14 дней или применять несколько типов.
Моющие и дезинфицирующие средства, используемые в зонах А и В, должны быть стерильными, а для снижения микробиологической контаминации в недоступных местах может быть применена фумигация чистых зон.
20.2.3. Обеспечение производственных помещений чистым воздухом
Воздух производственных помещений – потенциальный источник загрязнения лекарств, поэтому его очистка является одним из ключевых заданий подготовки производства. Уровень чистоты воздуха, находящегося в помещении, определяет класс чистоты.
Для получения воздуха с необходимыми характеристиками должны применяться способы, которые прошли валидацию, внесены в производственные регламенты и разрешенные в установленном порядке уполномоченным органом.
Для обеспечения производства стерильных препаратов обеспыленным стерильным воздухом используют как обычные системы турбулентной вентиляции, обеспечивающие стерильность воздуха в помещении, так и системы с ламинарным потоком воздуха по всей площади помещения или в определенных рабочих зонах.
При турбулентном потоке очищенный воздух содержит до 1000 частиц в 1 м 3 воздуха, при подаче воздуха ламинарным потоком по всему объему помещения содержание частиц в воздухе в 100 раз меньше.
Помещения с ламинарным потоком – это такие помещения, в которых воздух подается по направлению к рабочей зоне через фильтры, занимающие всю стену или потолок, и удаляется через поверхность, противоположную входу воздуха.
Различают две системы: вертикальный ламинарный поток, при кото-
ром воздух движется сверху через потолок и уходит через решетчатый пол, и
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
горизонтальный ламинарный поток, при котором воздух поступает через одну, а уходит через противоположную перфорированную стенку. Ламинарный поток уносит из комнаты все взвешенные в воздухе частицы, поступающие от любых источников (персонал, оборудование и др.).
В чистых помещениях должен создаваться ламинарный поток. Системы ламинарного воздушного потока должны обеспечивать равномерную скорость движения воздуха: около 0,30 м/с для вертикального и около 0,45 м/с для горизонтального потоков. Более точная скорость движения воздуха зависит от типа применяемого на предприятии оборудования.
На рис. 20.1 показаны различные схемы подачи обеспыленного воздуха в производственное помещение.
аб
Рис. 20.1. Схема подачи обеспыленного воздуха:
а – турбулентный поток, б – вертикальный ламинарный поток
Система подготовки вентиляционного воздуха является критическим фактором, обеспечивающим надлежащие условия производства и класса чистоты производственного помещения. Под вентиляционным воздухом, поступающим в помещения производства стерильных препаратов, подразумевается воздух, очищенный от механических частиц и микроорганизмов в системе подготовки двух или трехступенчатой фильтрации.
В помещениях D класса чистоты подают воздух, прошедший одну ступень очистки. Очистка воздуха, подаваемого в помещения С класса чистоты, двухступенчатая, а в помещения А и В класса чистоты – только 3-х ступенчатая.
На первой ступени используют, как правило, фильтры предварительной очистки типа ФМ (мешочные фильтры), ФРП (сухие рулонные фильтры), ФЯВ, ФЯП, ФЯЛ или ФЯУБ (ячейковые фильтры), предфильтры «PREFIL» и «KOFIL», которые освобождают воздух от механических частиц. Их устанавливают на входе в кондиционер или приточную вентиляционную камеру.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Вторая ступень подготовки воздуха осуществляется комбинированными фильтрами типа ФР5, ФПП, «ЛАЙК», а также фильтрами типа «MULTISACK» или «MULTIGLAS» и т.д., которые устанавливают непосредственно перед воздухораздаточным устройством и предназначены для тонкой фильтрации воздуха от бактерий и твердых частиц при концентрации пыли 0,5 мг/м3. В последнее время широкое распространение получили эффективные воздушные фильтры НЕРА (High-efficiency particulate air), VEPA, ULPA и др.
Третья ступень осуществляется стерилизующими воздушными фильтрами разных конструкций, например «ABSOFIL», «HEPA», «SUPER-ULPA» с эффективностью очистки 99,999 995%, которые устанавливают непосредственно в месте подачи воздуха в рабочую зону.
В чистые помещения с целью обеспечения стерильности, вдувается воздуха больше, чем отсасывается. Избыточный нагнетаемый стерильный воздух просачивается через неплотности в ограждениях, дверях и предотвращает попадание в эти помещения нефильтрованного воздуха снаружи.
Для обеспечения требуемой чистоты воздуха в системах «вертикальный ламинарный поток» и «горизонтальный ламинарный поток» в отечественной промышленности применяют фильтрующие установки, состоящие из фильтров предварительной грубой очистки воздуха, вентилятора и стерилизующего фильтра (рис. 20.2.).
3
2
1
Рис. 20.2. Установка для фильтрации воздуха:
1 – фильтр глубокой очистки; 2 – вентилятор; 3 – фильтр тонкой очистки
На многих предприятиях используется системы вентиляции и кондиционирования воздуха, предназначенные для поддержания внутреннего микроклимата, заданного класса чистоты, заданных параметров давления между помещениями и кратности воздухообмена.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Расчетную производительность систем вентиляции и кондиционирования воздуха определяют из условий, необходимых для обеспечения требуемых параметров: скорости потока воздуха, чистоты воздуха, влажности и температуры в рабочей зоне с учетом принятой схемы организации воздухообмена.
Очистка вытяжного воздуха также должна осуществляться через фильтры грубой или тонкой очистки для защиты окружающей среды от возможных вредных или опасных выбросов из производственных помещений. Система обеспечения воздухом в помещениях производства бета-лактамных антибиотиков должна быть полностью изолированной от систем воздухоснабжения производств других лекарственных средств.
При необходимости здание должно иметь систему обеспечения сжатым воздухом, азотом и т.д., а также технологическую схему их распределения по всем производственным помещениям, где это нужно. Для очистки сжатого воздуха и других газов могут использоваться фильтры типа ФЭП с фторопластовой фильтровальной перегородкой. Надежные и экономичные в эксплуатации фильтры Aervent 50 фирмы «Millipore» предназначены для стерильной фильтрации воздушных и газовых потоков незначительного масштаба. Гидрофобная полипропиленовая мембрана Aervent фильтра Opticap 0,2 мкм предназначена для стерильной фильтрации газов или жидкостей, не содержащих воду. Патронные фильтры Opticap с мембраной Durapore из поливинилфторида удаляют загрязнения частиц наименьших размеров (ниже 0,1 мкм), а фильтры типа Optiseal стерилизуют воздушные или газовые потоки в ферментерах, биореакторах, лиофилизаторах, стерилизаторах, стерильных газовых процессах.
Внутри помещения дополнительно могут устанавливаться передвижные системы рециркуляционные воздухоочистители ВОПР-0,9 и ВОПР-1,5, которые обеспечивают быструю и эффективную очистку воздуха за счет механической фильтрации его через фильтр из ультратонких волокон и ультрафиолетовой радиации. Воздухоочистители могут использоваться во время работы, т.к. не оказывают отрицательного влияния на персонал и не вызывают неприятных ощущений.
Для создания сверхчистых помещений или отдельных зон внутри него размещается специальный блок или ламинар, в которые подается автономно ламинарный поток стерильного воздуха.
Подготовка и контроль воздуха на механические примеси и микробиологическую обсемененность, а также оценка эффективности работы воздушных
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
фильтров должны проводиться согласно нормативной документации, утвержденной на предприятии.
20.2.4. Требования, предъявляемые к персоналу и спецодежде
Оснащение производства системами с ламинарным потоком и подача в помещение чистого и стерильного воздуха еще не решают проблемы чистого воздуха, т.к. работающий в помещении персонал также является активным источником загрязнения. Поэтому в чистых производственных помещениях во время работы должно находиться минимальное количество рабочих, предусмотренное соответствующими инструкциями.
Втечение одной минуты человек, не двигаясь, выделяет 100 тыс. частиц. Эта цифра возрастает до 10 млн. во время интенсивной работы. Среднее количество микроорганизмов, выделяемых человеком за 1 минуту достигает, 15003000. Поэтому защита лекарств от загрязнений, источником которых служит человек, одна из основных проблем технологической гигиены и решается она, в основном, благодаря личной гигиене сотрудников и использованию технологической одежды.
Персонал, входящий в производственное помещение, должен быть одет в специальную одежду, соответствующую выполняемым им производственным операциям. Технологическая одежда персонала должна соответствовать классу чистоты той зоны, в которой он работает, т.е. максимально защищать продукт производства от частиц, выделяемых человеком.
Кперсоналу и технологической одежде, предназначенной для зон разных классов чистоты, предъявляются следующие требования:
Класс чистоты D. Волосы (борода, усы) должны быть закрыты. Следует носить защитный костюм общепринятого назначения и соответствующую обувь или бахилы.
Класс чистоты С. Волосы (борода, усы) должны быть закрыты. Необходимо носить костюм (цельный или из двух частей) с плотно прилегающими манжетами к запястьям, высоким воротником и соответствующую обувь или бахилы. Одежда и обувь не должны выделять ворс или другие частицы.
Впомещениях класса чистоты А/В следует носить стерильные брючный костюм или комбинезон, головной убор, бахилы, маску, резиновые или пластиковые перчатки. По возможности, следует использовать одноразовую или специализированную технологическую одежду и обувь с минимальным
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ворсоотделением и пылеемкостью. Нижняя часть брюк должна быть спрятана в бахилы, а рукава – в перчатки. Головной убор должен полностью закрывать волосы и быть вставленным в воротник костюма.
Особое значение имеет ткань, из которой изготовляется технологическая одежда. Она должна обладать минимальным ворсоотделением, пылеемкостью, пылепроницаемостью, а также воздухопроницаемостью не ниже 300 м3/(м2·с), гигроскопичностью не менее 7%, не накапливать электростатического заряда. За рубежом для технологической одежды применяют ткани из полиэфирных, полипропиленовых или полиалкидных волокон, у нас – ткань из лавсана с хлопком.
Большое значение играет и частота смены одежды, зависящая от климатических условий и времени года. При наличии кондиционного воздуха одежду рекомендуется менять не реже 1 раза в смену, а защитную маску каждые 2 часа. Резиновые перчатки следует менять после каждого контакта с кожей лица, а также в любом случае, когда возникла опасность их загрязнения.
К работающим в чистых зонах, необходимо предъявлять высокие требования в отношении личной гигиены и чистоты. В чистых помещениях запрещается носить наручные часы, ювелирные изделия, использовать косметические средства. Сотрудники обязаны ставить в известность своего непосредственного начальника о любых недомоганиях или иных обстоятельствах, которые могут повышать риск контаминации стерильных лекарственных средств.
Весь работающий в чистых зонах персонал (включая занимающихся уборкой и техническим обслуживанием), должен регулярно проходить профессиональное обучение, связанное с надлежащей практикой производства стерильной продукции, гигиеной и основами микробиологии.
20.2.5. Требования к технологическому процессу
Производство стерильной продукции должно осуществляться по методикам, четко изложенных в технологических регламентах и производственных инструкциях, с учетом принципов и правил GMP, как необходимого условия для получения готовой продукции высокого качества в соответствие с регистрационной и лицензионной документацией.
Не допускается изготавливать различные лекарственные средства одновременно или последовательно в одном и тот же помещении за исключением случаев, когда отсутствует риск перекрестной контаминации, а также возмож-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ность смешивания или перепутывания разных видов исходного сырья, полупродуктов, материалов, промежуточной и готовой продукции.
Контроль в процессе производства, который проводится в производственных помещениях, не должен негативно влиять на технологический процесс и качество продукции.
На всех стадиях технологического процесса, включая стадии, предшествующие стерилизации, необходимо осуществлять мероприятия, сводящие к минимуму контаминацию. Интервалы времени между началом приготовления растворов и их стерилизацией или стерилизующей фильтрацией должны быть минимальны и иметь ограничения (лимиты времени), установленные в процессе валидации.
Препараты, содержащие живые микроорганизмы, запрещается производить и фасовать в помещениях, предназначенных для производства других лекарственных средств.
Источники воды, оборудование для обработки воды и обработанную воду необходимо регулярно контролировать на химическую и микробиологическую контаминацию, а также, при необходимости на контаминацию эндотоксинами, чтобы гарантировать соответствие качества воды требованиям нормативной документации.
Любой газ, контактирующий в ходе технологического процесса с растворами или другой промежуточной продукцией, должен пройти стерилизующую фильтрацию.
Материалы, которым свойственно образование волокон с их возможным выделением в окружающую среду, как правило, не должны применяться в чистых помещениях; а при ведении технологического процесса в асептических условиях их использование полностью запрещается.
После стадий (операций) окончательной очистки первичной упаковки и оборудования при дальнейшем ведении технологического процесса они должны использоваться таким образом, чтобы не происходила их повторная контаминация.
Эффективность любых новых методик, замены оборудования и способов ведения технологического процесса должна быть подтверждена при валидации, которую необходимо регулярно повторять согласно разработанным графикам.
Производство стерильной продукции в зависимости от способа достижения стерильности подразделяют на следующие категории:
– Производство, предусматривающее финишную стерилизацию.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
многих видов лекарственных средств необходимо проводить в чистых зонах с классом чистоты не ниже D, чтобы обеспечить достаточно низкий уровень риска контаминации частицами и микроорганизмами, требующийся для фильтрации и стерилизации. Если микробная контаминация представляет собой особый риск для продукции, например, когда продукция является хорошей питательной средой для роста микроорганизмов, или ее стерилизации предшествует достаточно длительный период времени, или технологический процесс ведется в основном в открытых емкостях, приготовление должно осуществляться в зоне с классом чистоты С.
Фасовка продукции в первичную упаковку перед окончательной стерилизацией должна осуществляться в зоне с классом чистоты не ниже С.
Если существует повышенный риск контаминации продукции из окружающей среды (например, наполнение первичной упаковки происходит медленно или первичная упаковка имеет широкое горло или заполненные первичные упаковки находятся открытыми больше нескольких секунд перед герметизацией), фасовка должна осуществляться в зоне с классом чистоты А и окружающей средой не ниже класса С.
Суспензии и эмульсии необходимо изготавливать и фасовать перед окончательной стерилизацией в помещениях с качеством воздуха класса чистоты С.
В производстве продукции, получаемой в асептических условиях, под-
готовленная первичная упаковка должна находиться в чистой зоне с окружающей средой не ниже класса чистоты D. Обработка стерильного исходного сырья и первичной упаковки, если в последующем не предусмотрена стерилизация или стерилизующая фильтрация, должна осуществляться в рабочей зоне с классом чистоты А при классе чистоты окружающей ее среды В.
Приготовление растворов, которые во время технологического процесса подлежат стерилизующей фильтрации должно проводиться в окружающей среде с классом чистоты С. Если стерилизующая фильтрация растворов не предусмотрена, обработка исходного сырья и продукции должна проводится в зоне чистоты А при классе чистоты В окружающей среды.
Технологические операции по приготовлению и фасовке продукции в асептических условиях должны осуществляться на рабочем месте с классом чистоты А и в окружающей среде, соответствующей классу В.
Транспортирование неокончательно укупоренных первичных упаковок с продукцией (например, лиофилизированной) должно до завершения процесса
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
укупорки проводиться либо в зоне с классом чистоты А, либо в герм етичных передаточных устройствах в окружающей среде класса В.
Приготовление и фасовка стерильных суспензий, эмульсий, мазей и т.д. должны проводиться в рабочей зоне с классом чистоты А, когда их приготовление происходит в открытых емкостях и не предусмотрена последующая стерилизующая фильтрация.
Принципы GMP требуют уделять основное внимание не столько контролю готового продукта, сколько обеспечению его качества за счет правильной организации и совершенной технологии производства: все образцы в партии продукта должны быть одинаковыми и не содержать загрязнений.
Это потребовало организации «чистых» помещений, что связано с большими финансовыми затратами. Так, расходы на подготовку воздуха для помещений класса чистоты А в 1,5 раза превышают расходы на технологический процесс, а для помещений классов С и D составляют 25 – 75% от этих расходов. Поэтому во всем мире сейчас прослеживается тенденция к ограничению объемов зон с очищенным воздухом за счет разработки и использования технологического оборудования класса CIP (Clean In Place – очистка на месте) и перехода к барьерным изолирующим технологиям.
Ограничение объемов зон очистки не только повышает качество обрабатываемого воздуха, но и наиболее целесообразно с экономической точки зрения.
Использование изолирующих технологий (например, полностью замкнутые и автоматизированные системы) сокращает необходимость присутствия человека в производственных зонах, в результате чего значительно сокращается риск микробной контаминации продукции, производимой в асептических условиях, из окружающей среды. Изолирующие технологии предусматривают применение различных типов герметизированных систем, модулей, изоляторов и т.д., включающих специальные передаточные устройства и даже оборудование для стерилизации. Изолятор и окружающая его среда должны быть спроектированы таким образом, чтобы в соответствующих рабочих зонах достигалось требуемое качество воздуха.
20.2.6.Требования к технологическому оборудованию
Всоздании условий, предотвращающих возможность микробного обсеменения ПЛС, важную роль играет оборудование, реализующее технологиче-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ские процессы. Это определяет ряд требований к конструкции технологического оборудования, выбору форм, материалов и покрытий его деталей.
Производственное оборудование не должно отрицательно влиять на качество продукции. Части или поверхности оборудования, контактирующие с продукцией, изготавливают из материалов, которые не вступают с ней в реакцию, не обладают абсорбционными свойствами и не выделяют какие-либо вещества в такой степени, чтобы это могло повлиять на качество продукции.
Оборудование, используемое для работы в чистых помещениях , должно быть сконструировано и размещено таким образом, чтобы его эксплуатацию, обслуживание и ремонт можно было проводить за пределами чистых зон. Оно должно иметь регистрирующие устройства для контроля параметров процесса.
Во избежание загрязнения ПЛС в процессе их производства необходимо, чтобы применяемое оборудование имело гладкие обтекаемые поверхности без выступов, решеток и щелей, где возможно скопление пыли, а также обладало соответствующими аэродинамическими свойствами для предотвращения турбулентных потоков воздуха.
В последнее время наметилась тенденция к созданию локальных чистых зон благодаря использованию новейших технологий и оборудования, позволяющих сводить до минимума или исключать присутствие персонала в производственных помещениях. Это позволяет создать особую чистоту в ограниченном объеме, непосредственно в зоне обработки материала, в результате чего сохраняются санитарно-гигиенические условия во всем производственном помещении.
Одним из путей решения этих задач является применение современных автоматических линий ампулирования парентеральных препаратов. Такие по- точно-автоматизированные линии имеют очевидные преимущества перед оборудованием, предназначенным для выполнения только одной какой-либо операции. Использование автоматических линий позволяет практически полностью исключить физический труд человека путем применения приборов, автоматов и машин, объединенных автоматическим средством транспортирования предметов труда и автоматизации производственного процесса.
Передача исходного сырья и материалов внутрь и наружу производственных зон является одним из наиболее серьезных источников контаминации. Поэтому конструкции передаточных устройств могут варьировать от устройств с
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
одинарной или двойной дверью до полностью герметизированных систем с зоной их стерилизации (стерилизующий туннель).
Изоляторы могут быть введены в работу только после соответствующей валидации, которая должна учитывать все критические показатели изолирующей технологии (например, качество воздуха внутри и снаружи изолятора, технологии передачи средств и материалов и целостность изолятора).
20.2.7. Требования к контролю качества
Каждое предприятие-производитель должно иметь независимую службу контроля качества и контрольную (испытательную) лабораторию, оснащение которой позволяет проводить все требуемые испытания. Такая лаборатория или отдел контроля качества (ОКК) должны быть отделены от производственных помещений и других лабораторий (биологической, микробиологической и т д.).
Во время технологического процесса производства ПЛС обязательно проводят промежуточный (постадийный) контроль качества, т.е. после каждой технологической стадии (операции) проводится бракераж полупродуктов, не отвечающих определенным требованиям. Так, после растворения (изотонизации, стабилизации и т.д.) лекарственного вещества, контролируется качественный и количественный состав, рН раствора, плотность и др.; после операции наполнения – проверяется выборочно объем наполнения сосудов и т.п.
Поступившее сырье, материалы, полупродукты, а также изготовленная промежуточная или готовая продукция сразу же после поступления или окончания технологического процесса до принятия решения о возможности их использования должны находиться в карантине. Готовая продукция не допускается к реализации до тех пор, пока ее качество не будет признано удовлетворительным. Методы и методики оценки качества ПЛС контролируемых параметров должны быть приведены в ГФУ, АНД или другой нормативной документации.
Таким образом, важными вопросами для всех видов лекарственных средств парентерального назначения, является скорейшее внедрение и точное исполнение мероприятий и норм надлежащих правил производства, которые обеспечивают защиту стерильной продукции от различного рода загрязнений и гарантируют высокое качество отечественной фармацевтической продукции.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.3. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПЕРВИЧНЫХ УПАКОВОК ДЛЯ СТЕРИЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ
Задачей каждого фармацевтического предприятия является производство в оптимальных условиях высококачественных фармацевтических препаратов и надежная доставка их к потребителю. При этом наряду с жесткими требованиями к производству стерильной продукции, такие же высокие требования должны предъявляться к первичной упаковке, упаковочным средствам и материалам, контактирующими с препаратом.
Парентеральные лекарственные средства (ПЛС) заводского производства выпускаются в сосудах из стекла (ампулы, карпулы-картриджи, флаконы, бутылки, шприцы), в прозрачных пластмассовых упаковках из полимерных материалов (флаконы, шприц-ампулы, шприцы, мягкие контейнеры).
Контейнеры для ПЛС подразделяют на две группы:
–однодозовые, содержащие определенное количество препарата, предназначенное для однократной инъекции;
–многодозовые, обеспечивающие возможность многократного отбора из сосуда определенного количества содержащегося в нем препарата без нарушения стерильности.
Объем лекарственного средства в однодозовом контейнере должен быть достаточным для отбора и введения номинальной дозы при использовании обычного метода введения.
Многодозовые водные ПЛС должны содержать соответствующий антимикробный консервант в необходимой концентрации, за исключением препаратов, обладающих соответствующими антимикробными свойствами. При выпуске препарата для парентерального введения в многодозовом контейнере необходимо указывать меры предосторожности по его введению и особенно условия хранения между отбором доз.
К однодозовым сосудам относят шприц-ампулу – это тюбики из полимерных материалов с инъекционной иглой, защищенной колпачком.
Рис. 20.4. Общий вид шприц-ампулы
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Относительно новым видом контейнера для парентеральных растворов является карпула, представляющая собой стеклянный или пластиковый цилиндр с силиконовым или резиновым плунжером в виде поршня с одной стороны и резиновой дентальной пробкой и металлическим колпачком – с другой. Внутренний объем карпулы обычно составляет 1,5 – 3,0 мл, а для осуществления инъекции картридж вставляют в карпульный шприц.
Рис. 20.5. Общий вид карпулы
Примером многодозовых сосудов являются флаконы и бутылки вместимостью от 5 до 500 мл, изготовленные из стекла или полимерных материалов. Перспективными контейнерами для инфузионных растворов являются гибкие контейнеры, изготовленные из пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), представляющие собой прозрачные полимерные пакеты вместимостью 100, 250, 500 и 1000 мл, термосваренные по периметру.
Наиболее распространенным представителем однодозового сосуда является ампула.
20.3.1. Ампулы как вместилища для инъекционных растворов
Ампулы представляют собой стеклянные сосуды различной емкости (1; 2; 3; 5; 10; 20 и 50 мл) и формы, состоящие из расширенной части – корпуса (пульки), куда помещаются лекарственные вещества (в растворе или другом состоянии) и 1-2 капилляров («стеблей»), которые служат для наполнения и опорожнения ампул. Капилляры могут быть ровные, с раструбом или с пережимом. Пережим на капилляре препятствует попаданию раствора в верхнюю его часть при запайке и улучшает условия вскрытия ампул перед инъекцией. В 1996 году введены ампулы с цветным кольцом излома.
На поверхности и в толще стекла ампул или флаконов не допускаются: продавливаемые и непродавливаемые (шириной более 0,1 мм) капиллярыпузырьки; свиль, ощутимая рукой; стекловидные включения, сопровождаемые внутренними напряжениями; сколы; посечки; инородные включения.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Ампулы должны соответствовать форме и геометрическим размерам, указанным в комплекте технической документации, утвержденной в установленном порядке. Отклонение от округлости ампул, определяемое разностью двух взаимно-перпендикулярных диаметров, не должно превышать предельных отклонений.
Ампулы, как правило, изготавливают из бесцветного стекла, иногда – из желтого и редко из цветного. Обычно получают ампулы с плоским донышком, хотя по технологическим причинам донышко ампулы должно быть вогнуто вовнутрь. Это обеспечивает устойчивость ампулы и возможность осадить в этом пристеночном углублении осколки стекла, образовавшиеся при открывании. Дно должно обеспечивать устойчивость пустой ампулы с обрезанным стеблем на горизонтальной плоскости. Допускается вогнутость дна ампул не более 2,0 мм.
В нашей стране выпускаются ампулы шприцевого и вакуумного наполнения с различной маркировкой (рис. 20.6).
Ампулы вакуумного наполнения:
ВПО – вакуумного наполнения с пережимом открытая; ВО – вакуумного наполнения без пережима открытая; Ампулы шприцевого наполнения:
ИП-В – шприцевого наполнения открытая; ИП-С – шприцевого наполнения с раструбом открытая;
С– спаренная;
Г– для глицерина.
а |
б |
в |
г |
д |
е |
Рис. 20.6. Форма и типы стеклянных ампул:
а – тип С; б- тип ВО; в – тип ВПО; г – тип ИП-В; д – тип ИП-С; е – тип Г
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Наряду с буквенным обозначением указывается вместимость ампул, марка стекла и номер нормативно-технической документации (стандарта). По качеству и размерам ампулы должны соответствовать требованиям ТУ У 480945- 005-96 или ОСТ 64-2-485-85.
Фармацевтические предприятия могут пользоваться готовыми ампулами, изготовленными стекольными заводами, или выделывать их сами на стеклодувных участках, работающих на предприятии.
20.3.2. Получение и требования к стеклу для стерильной продукции
Стекло представляет собой твердый раствор, полученный в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов, оксидов металлов и некоторых солей. В состав стекла входят различные оксиды: SіО2, Na2О, СаО, МgО, В2О3, Аl2О3 и др. Среди видов неорганических стекол (боросиликатные, боратные и др.) большая роль принадлежит стеклам, сплавленным на основе кремнезема – силикатным стеклам. Вводя в его состав определенные оксиды, получают стекла с заранее заданными физико-химическими свойствами. Наиболее простой состав имеет стекло, полученное расплавлением кварцевого песка (состоящего из 95-98% кремния диоксида) до образования стекловидной массы, из которой изготовляют так называемую кварцевую посуду, обладающую высокой термической и химической стойкостью.
Однако изготовить и запаять ампулу из кварцевого стекла практически невозможно, ввиду его высокой температуры плавления (1550-1800°С). Поэтому для понижения температуры плавления в состав стекла добавляют оксиды металлов, введение которых уменьшает его химическую устойчивость. Для повышения химической устойчивости в состав стекломассы вводят оксиды бора и алюминия, добавление магния оксида намного увеличивает его термическую устойчивость. Регулирование содержания бора, алюминия и магния оксидов повышает ударную прочность и снижает хрупкость стекла. Изменяя состав компонентов и их концентрацию, можно получить стеклянные изделия с заданными свойствами.
К ампульному стеклу предъявляются следующие требования: бесцветность и прозрачность – для контроля на отсутствие механических включений и возможности обнаружения признаков порчи раствора; легкоплавкость – для осуществления запайки ампул; водостойкость; механическая прочность – для выдерживания нагрузок при обработке ампул в процессе производства, транс-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
портировки и хранения (это требование должно сочетаться с необходимой хрупкостью стекла для легкого вскрытия капилляра ампул); термическая стойкость – способность изделий из стекла не разрушаться при резких колебаниях температуры, в частности, при стерилизации; химическая стойкость, гарантирующая неизменность состава стекла и всех компонентов препарата.
Химическая стойкость стекла
Химическая стойкость характеризует сопротивляемость стекол разрушающему действию агрессивных сред.
Присутствие катионов щелочных металлов вызывает разрыхление тетраэдрической решетки, понижение вязкости и температуры его плавления. Ионы этих металлов в стекле связаны относительно слабо и поэтому обладают значительной подвижностью. Стекло, будучи сложным сплавом, при длительном контакте с водой или водными растворами (особенно при нагревании) выделяет со своей поверхности отдельные составные части, т.е. подвергается процессу выщелачивания или растворению верхнего слоя стекла.
Выщелачивание – это переход из структуры стекла преимущественно оксидов щелочных и щелочноземельных металлов в водный раствор, благодаря своей высокой подвижности по сравнению с высоким зарядом четырехвалентного кремния. При более глубоких процессах выщелачивания ионы щелочных металлов легко перемещаются из внутренних слоев стекла на место ионов, вступивших в реакцию.
Механизм взаимодействия раствора с поверхностью ампул можно представить следующим образом: на поверхности стекла всегда имеется слой, насыщенный ионами щелочных и щелочноземельных металлов. При контакте слабокислых и нейтральных растворов, слой адсорбирует ионы водорода, а в раствор переходят ионы металлов, которые изменяют рН среды. В результате образуется гелевая пленка кремниевой кислоты, толщина которой постепенно увеличивается, что затрудняет выход ионов металлов из внутренних слоев стекла. В связи с этим процесс выщелачивания, начавшийся быстро, постепенно затухает и прекращается примерно через 8 месяцев.
При воздействии щелочных растворов пленка не образуется, а происходит растворение поверхностного слоя стекла с разрывом связи Si–O–Si и образованием групп Si–O–Na. В результате такого воздействия самый верхний слой
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
стекла полностью переходит в раствор, подвергается гидролизу и приводит к изменению рН раствора.
Важно также учитывать удельную поверхность контакта раствора со стеклом ампулы. Так, в мелкоемких ампулах она больше, поэтому их химическая стойкость должна быть более высокой.
При этом возможны следующие явления:
•выпадение свободных оснований алкалоидов из их солей;
•осаждение веществ из коллоидных растворов в результате изменения рН;
•осаждение гидроокисей или окислов металлов из их солей;
•гидролиз сложных эфиров, гликозидов и алкалоидов, имеющих сложноэфирное строение (атропин, скополамин и др.);
•оптическая изомеризация активных веществ с образованием физиологически неактивных изомеров, например, алкалоидов спорыньи;
•окисление веществ, чувствительных к действию кислорода в нейтральной или слабощелочной среде, например, морфина, адреналина и др.
Выщелачивание из стекла ионов кальция может привести к образованию осадков труднорастворимых кальциевых солей. Такое явление наблюдается в растворах, содержащих фосфаты (в случае использования буферов) или кислый сульфит, пиросульфит натрия (добавляемые ингибиторы окисления). В последнем случае после окисления ионов сульфита до сульфата образуются кристаллы гипса. Известны случаи выделения чистого кремнезема в виде кристаллов и чешуек, иногда называемых блестками.
Особенно часто появляются новообразования при ампулировании солей магния, когда в осадок выпадают нерастворимые соли силикатов магния. В связи с этим для водных растворов нестойких лекарственных веществ требуются ампулы из нейтрального стекла. Для масляных растворов можно использовать ампулы из щелочного стекла.
Химическую стойкость внутренней поверхности ампул можно повысить, изменив ее поверхностную структуру. При воздействии на стекло водяным паром или двуокисью серы и водяным паром при повышенной температуре на стекле образуется слой сульфата натрия, а ионы натрия в стекле частично заменяются водородными ионами. Обогащенный Н-ионами слой имеет повышенную механическую прочность и затрудняет дальнейшую миграцию ионов щелочных металлов. Однако такие слои имеют небольшую толщину и при дли-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
тельном хранении препарата в ампуле процесс выделения щелочных компонентов может возобновиться.
Наиболее часто применим способ обработки поверхности ампул силиконами. Силиконы – это кремнийорганические соединения следующего строения:
CH3 |
CH3 |
CH3 |
CH3 |
CH3 — Si — O — Si — O — Si — O … — Si
CH3 |
CH3 |
CH3 |
CH3 |
Отдельные цепочки могут соединяться кислородными мостиками, образуя двумерные и трехмерные полимерные решетки. Характерной особенностью силиконов является их химическая нейтральность и физиологическая безвредность.
В фармацевтической промышленности используют для покрытия стекла готовые полимеры в виде растворов или эмульсий. При погружении очищенного стекла в 0,5-2% раствор силиконового масла в органическом растворителе или в эмульсию силиконового масла, разбавленные водой в соотношении 1:50- 1:10000, происходит абсорбция молекул масла на поверхности стекла. Для получения прочной пленки сосуды нагревают в течение 3-4 часов при температуре 250ºС или полчаса при температуре 300-350ºС. Более простой способ – обработка ампул водной эмульсией силикона с последующим нагреванием в течение 1-2 часов при 240ºС.
Силиконы способны покрывать стекло пленкой толщиной 6 10–7 мм, обработанная поверхность становится гидрофобной, прочность изделия повышается. Наряду с положительными сторонами силиконирования стеклянных изделий, имеются и отрицательные. Силиконовая пленка несколько понижает миграцию щелочи из стекла, но не обеспечивает достаточной защиты стекла от коррозии. С помощью силикона нельзя предотвратить коррозию низкосортного стекла, т.к. одновременно со стеклом подвергается воздействию среды и тонкая силиконовая пленка. При запайке капилляров возможно разрушение пленки силикона, что может привести к образованию в инъекционном растворе взвеси.
Однако силиконизированные и пластмассовые ампулы до сих пор не нашли широкого применения у нас в стране.
В настоящее время используют и другие пути устранения процесса выщелачивания:
− использование неводных растворителей;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
−раздельное ампулирование лекарственного вещества и растворителя;
−обезвоживание препаратов;
−замещение стекла другими материалами.
Таким образом, перечисленные факторы могут влиять на стабильность инъекционных растворов в ампулах и должны быть учтены при выборе первичной упаковки.
Классы и марки стекла для ПЛС
В зависимости от качественного и количественного состава, а также получаемых свойств, в настоящее время различают несколько классов и марок стекла, используемого в производстве ПЛС. Одним из важных показателей качества стеклянных контейнеров является их химическая стабильность.
Химическая стабильность стеклянных контейнеров выражается гидролитической стойкостью, класс которой определяют расходом кислоты хлористоводородной, израсходованной на титрование выделившихся щелочных компонентов стекла. Стеклянные контейнеры для ПЛС по гидролитической стойкости подразделяют на 3 класса. Составы некоторых марок стекла для ПЛС приведены в табл. 20.3.
Таблица 20.3 Марки и составы стекла для парентеральных лекарственных средств
Марка |
|
|
|
Состав стекла, % от массы |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SіО2 |
Аl2О3 |
B2О3 |
CaО+MgO |
Na2О |
K2О |
Fе3О3 |
МnО2 |
ВаО |
|
стекла |
±0,50 |
±0,20 |
±0,25 |
±0,30 |
±0,25 |
±0,20 |
±0,30 |
±0,50 |
±0,20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НС-3 |
72,80 |
4,50 |
6,0 |
6,90 |
8,10 |
1,70 |
− |
− |
− |
НС-1 |
73,00 |
4,50 |
4,00 |
8,00 |
8,50 |
2,0 |
− |
− |
− |
СНС-1 |
67,00 |
4,10 |
5,20 |
6,30 |
7,50 |
2,0 |
2,90 |
5,0 |
− |
НС-2 |
73,00 |
3,5 |
2,50 |
8,00 |
11,00 |
2,0 |
− |
− |
− |
НС-2А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АБ-1 |
73,00 |
3,0 |
− |
9,50 |
13,50 |
1,0 |
− |
− |
− |
УСП-1 |
72,00 |
4,0 |
8,0 |
0,5 |
5,0 |
2,0 |
− |
− |
− |
Котечественным маркам ампульного стекла относятся НС – нейтральное
иАБ – безборное стекло. Марка ампульного стекла НС-3 является наиболее химически стойким из нейтральных стекол, благодаря большому количеству оксида бора (6%). Это стекло используется для изготовления ампул и флаконов для растворов веществ, подвергающихся гидролизу, окислению и т.д. (напри-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
мер, растворы солей алкалоидов). Нейтральное стекло марки НС-1 содержит большее количество оксида бора и меньшее натрия по сравнению с марками НС-2 и НС-2А и используется для ампулирования лекарственных веществ, менее чувствительных к щелочам (растворы натрия хлорида, магния сульфата, кальция хлорида и др.). Нейтральные стекла марок НС-2 и НС-2А в настоящее время используются, в основном, для изготовления флаконов для крови и инфузионных препаратов. Безборное ампульное стекло марки АБ-1 является щелочным и используется для изготовления ампул и флаконов, в которые помещают устойчивые в масляных растворах вещества, так как в этом случае выщелачивание практически не происходит. Для светочувствительных субстанций используется стекло марки СНС-1 – светозащитное нейтральное стекло. С 1996 года в Украине введена новая марка стекла медицинского для изготовления ампул – УСП-1 (ТУ У 480945-002), соответствующего первому гидроклассу.
Определение основных показателей ампульного стекла
Качество ампульного стекла оценивают по следующим параметрам: гид-
ролитическая стойкость, остаточные напряжения; термическая стойкость; светозащитные свойства (для марки СНС-1). Для оценки качества некоторых нейтральных стекол дополнительно могут определять температурный коэф-
фициент линейного расширения, водостойкость и щелочестойкость и др. Для ампул марки УСП-1 введены дополнительные требования: сила излома ампул с цветным кольцом; радиальное биение стебля ампул. Основные физико-
химические свойства ампульного стекла должны соответствовать требованиям, указанным в нормативно-технической документации.
Таблица 20.4 Сравнительные физико-химические свойства некоторых марок стекла
Показатели |
|
УСП-1 |
НС-1 |
НС-3 |
НС-2 |
|
Термическая стойкость, °С |
170 |
130 |
150 |
145 |
||
не менее |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
Температурный коэффици- |
|
|
|
|
||
ент линейного расширения в |
60-65 |
68-72 |
63-67 |
78-82 |
||
интервале температур |
20- |
|||||
|
|
|
|
|||
400°С, L 107 град-1 |
|
|
|
|
|
|
Плотность, г/см3 |
|
2,4-2,5 |
2,44-2,46 |
2,42-2,44 |
2,44-2,46 |
|
Водостойкость (мг Na2O на |
0,02-0,062 |
0,06 |
0,05 |
0,15 |
||
1 г стекла) |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
Щелочестойкость, мг/дм2 |
|
75-140 |
85 |
100 |
85 |
|
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Гидролитическая стойкость. Фармакопеи ведущих стран предлагают проводить определение гидролитической стойкости тремя методами:
–поверхностная гидролитическая стойкость;
–гидролитическая стойкость измельченного в порошок стекла;
–гидролитическая стойкость контейнера с обработанной поверхностью. Для контейнеров из стекла І гидрокласса должно быть израсходовано не
более 2,0 мл 0,01 М раствора хлористоводородной кислоты, для стекла ІІ или ІІІ
класса – не более 17,0 мл.
В таблице 20.4 приведены сравнительные характеристики различных марок ампульного стекла.
Остаточные напряжения. Чем резче охлаждение, тем значительнее температурный перепад внутри стекла и тем больше будут силы растяжения в п о- верхностных и силы сжатия во внутренних слоях стенок ампул. При быстром нагревании ампул, наоборот, в наружных слоях стенок возникают силы сжатия, а во внутренних – силы растяжения. Сопротивление стекла сжатию во много раз выше сопротивления его растяжению. Возникающие в стекле напряжения тем больше, чем выше при охлаждении перепад температуры между наружным и внутренним слоями стекла. Поэтому ампулы, как и другие стеклянные изделия, более термостойкие при быстром нагревании, чем при быстром охлаждении. Напряжения, оставшиеся в стекле после охлаждения, называются остаточными; если напряжения исчезают, то их называют временными.
При резком охлаждении напряжения во внешнем слое стекла, стремящемся сократится, могут превысить предел прочности, в стекле возникнут трещины, и изделие разрушится. Вероятность возникновения микротрещин в стекле повышается при тепловой стерилизации и контроле герметичности ампул изза неравномерного их охлаждения. Внутренние напряжения могут также возникать при изготовлении ампул за счет неравномерного нагрева различных участков стеклодрота. Наиболее опасными для ампул являются напряжения, возникающие на границах резкого перехода тонких и толстых стенок и приводящие к растрескиванию ампул во время технологического процесса. Остаточные напряжения, в основном, и определяют термическую устойчивость ампул или флаконов.
Остаточные напряжения определяют поляризационно-оптическим методом по разности хода лучей в образце с помощью полярископа-поляриметра
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ПКС-125, ПКС-250 и полярископа ПКС-500. Разность хода лучей |
(нм) вы- |
|||
числяют по формуле: |
|
|
|
|
∆ = |
λ ϕ |
=3ϕ, |
(20.1) |
|
180 |
||||
|
|
|
||
где λ – при зеленом светофильтре (540 нм); ϕ – угол поворота лимба анализатора, град.
Разность хода ∆1 (млн–1), отнесенную к 1 см пути луча в стекле, вычисляют по формуле:
1 |
∆ |
, |
|
∆ = |
l |
(20.2) |
где l – длина пути луча в напряженном стекле, см.
Не допускается остаточное напряжение, содержащее удельную разность хода ∆1 более 8 млн–1. Допустимыми считаются напряжения 300 mμ (желтая окраска стекла). Для снятия остаточных напряжений стеклянные изделия подвергают отжигу.
Процесс отжига ампул и флаконов состоит из следующих стадий: нагрева до температуры, близкой к размягчению стекла, выдержки при этой температуре и медленного охлаждения.
Стеклянные контейнеры отжигают в специальных печах с газовым или электрическим нагревом. Печь состоит из трех камер: нагрева, выдержки (отжига) и охлаждения ампул. На верхнем своде камеры нагрева и выдержки в туннеле установлены газовые горелки инфракрасного излучения, под нижними чугунными плитами, образующими дно печи, помещены горелки инжекторного типа. Для отжига ампулы загружаются в металлические контейнеры капиллярами вверх; в одном контейнере помещается около 500 ампул вместимостью 10 мл. Кассеты в туннеле перемещаются с помощью конвейера.
В камерах нагрева и выдержки ампулы нагреваются до температуры 560580°С с выдержкой при этой температуре около 10 минут. Зона охлаждения разделена на две части: в первую часть (по ходу движения) подается противотоком воздух, прошедший вторую часть и имеющий температуру около 200°С. В первой зоне этой камеры происходит постепенное охлаждение ампул в течение 30 минут. Во второй зоне ампулы быстро охлаждаются воздухом до 60°С за 5 минут, затем до комнатной температуры и проходят к узлу выгрузки.Принятый двухступенчатый процесс охлаждения исключает возможность возникновения повторных на-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
пряжений в стекле ампул. Над верхним сводом печи установлен вентиляторподачи воздуха для охлаждения ампул. Боковые стены печи имеют смотровые окна для наблюдения за работой горелок.
На ряде заводов ампулы отжигают в специальных печах с электронагревом, устройство которых не имеет принципиальных отличий от вышеописанных печей с газовыми горелками. Отжигаемые в этой печи ампулы нагреваются с помощью электрических нагревателей, расположенных в зонах нагрева и выдержки. Для транспортирования контейнеров с ампулами печь имеет цепной конвейер, под и над которым установлены нагревательные спирали из хромоникелевой проволоки. Внутри печь выложена фасонным огнеупорным кирпичом. На выходе в печь подается воздух, движущийся в направлении противоп о- ложном движению контейнеров с ампулами.
Термическая стойкость. Стеклянные контейнеры должны обладать термической стойкостью, т.е. не разрушаться при резких колебаниях температуры. Проверку термической стойкости проводят в соответствие с требованиями нормативной документации, при этом перепад температур должен быть не менее 40 0С. Термостойкими должны быть не менее 98% изделий от взятых на проверку. Ампулы, флаконы и бутылки должны выдерживать перепад температур, указанных в табл. 20.5.
Таблица 20.5 Рекомендованный перепад температур для некоторых марок ампульного
стекла
Марка стекла |
Перепад температур, ºС |
УСП-1 |
Не менее 170 |
СНС – 1 |
Не менее 170 |
НС – 3 |
Не менее 150 |
НС – 1 |
Не менее 130 |
АБ – 1 |
Не менее 130 |
Светозащитные свойства. Эти свойства испытывают у ампул, изготовленных из нейтрального светозащитного стекла измерением светопропускания в области спектра от 290 до 450 нм. Из цилиндрической части ампулы вырезают образец, тщательно промывают его, протирают, высушивают и помещают параллельно щели спектрофотометра. Определяют максимальный процент светопропускания, предельные границы которого приведены в таблице 20.6.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Таблица 20.6 Допустимые границы светопропускания для светозащитных стеклянных
контейнеров І, ІІ, и ІІІ гидроклассов стекла
Номинальный объем кон- |
Максимальное светопропускание (%) |
||
Контейнеры, герметизиро- |
Контейнеры с пробками |
||
тейнера, мл |
ванные запаиванием |
|
|
|
|
|
|
до 1 |
50 |
25 |
|
от 1 |
до 2 |
45 |
20 |
от 2 |
до 5 |
40 |
15 |
от 5 до 10 |
35 |
13 |
|
от 10 |
до 20 |
30 |
12 |
Более 20 |
15 |
10 |
|
Сила излома ампул с цветным кольцом определяется на установке,
схема которой приведена на рис. 20.7, со следующими характеристиками: скорость испытания – 10 мм/мин; предел измерения силы – 200 Н; температура проверяемой ампулы 20±5°С. Количество ампул с цветным кольцом излома для определения силы излома должно быть не менее 0,01% от партии.
Рис.20.7. Установка для определения силы излома
Сила излома ампул с цветным кольцом излома должна соответствовать показателям, приведенным в табл. 20.7.
|
|
|
Таблица 20.7 |
|
Значение силы излома ампул |
|
|
||
|
|
|
|
|
Номинальная вместимость, мл |
Сила излома,Н |
Длина L=l1+l2 |
||
1 |
От 30 до 70 (вкл.) |
36 |
= 18 + 18 |
|
2 |
От 30 до 70 (вкл.) |
36 |
= 18 + 18 |
|
10 |
От 30 до 90 (вкл.) |
60 |
= 22 + 38 |
|
Радиальное биение стебля ампул относительно оси корпуса. Радиаль-
ное биение стебля ампул относительно оси корпуса и радиальное биение кони-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ческих концов относительно оси цилиндрической части ампулы типа Г проверяется в помощью универсальной стойки типа СТ по ГОСТ 10197 или ТУ 2- 034-623, призмы проверочной по ТУ 2-034-439 или ТУ 2-034-812 и индикатора часового типа по ГОСТ 577.
Проверяемую ампулу укладывают на поверочную призму, подводят наконечник индикатора к стеблю ампулы, а для ампул типа Г – к коническому концу и вращают ампулу на 360о. Разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора не должна превышать значений, указанных в таблице 20.8.
Таблица 20.8
Допустимое радиальное биение стебля ампул
Тип ампул |
Вместимость ампул, мл |
Радиальное биение, мм |
|
ИП |
1, 2 |
|
1,0 |
ИП |
3 |
|
1,2 |
ИП |
5, 10, |
20 |
1,5 |
ВО и С |
1, 2, |
3 |
1,7 |
ВО и С |
5 |
|
2,0 |
ВПО |
10 |
|
2,0 |
20.3.3. Изготовление стеклянных ампул
Производство ампул осуществляется из стеклянных трубок (дрота медицинского) и включает следующие основные стадии: изготовление стеклодрота, мойка и сушка дрота выделка ампул.
Изготовление стеклодрота и требования к его качеству. Стеклодрот изготавливается на стекольных заводах из медицинского стекла. Качество дрота регламентируется по следующим показателям: равностенность, прямолинейность, стандартность по размеру, отмываемость загрязнений. Дрот должен быть однородным (без пузырьков воздуха и механических включений), правильной формы в разрезе (круг, а не эллипс) и одинакового диаметра по всей длине.
Дрот производится из жидкой стеклянной массы путем вытягивания на специальных линиях, установленных возле стекловаренных печей. Длина трубок должна составлять 1500±50 мм, наружный диаметр от 8,0 до 27,00 мм, что регулируется изменением количества стекломассы, поступающей на формовочные устройства, изменением величины давления воздуха и скорости вытягивания.
Дефекты стеклянных трубок, в основном, определяются качеством стекломассы. Стекло, которое получают в промышленных печах, всегда имеет те
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
или иные включения, которые можно разделить на три вида: газовые, стекловидные и кристаллические.
Газовые включения характеризуются наличием в стекле различных газов, которые могут быть в виде пузырьков (видимые включения) и растворенными в стекломассе (невидимые включения). Размеры видимых невооруженным глазом пузырьков колеблются от десятых долей до нескольких миллиметров. Мельчайшие пузырьки называются «мошкой». В пузырьках могут содержаться различные газы или их смеси: О2, СО, СО2 и др. В стекле иногда образуются сильно вытянутые пузырьки, которые называются полыми капиллярами. Причинами газовых включений могут быть: неполное удаление газообразных продуктов разложения элементов шихты при ее варке, попадание воздуха в стекломассу и др. Такие компоненты стекломассы, как карбонаты, сульфаты, нитраты вызывают обменные и другие реакции с выделением газов, которые остаются внутри стекломассы.
К мерам предупреждения возникновения пузырьков газа относятся: правильный подбор материалов, использование оптимального количества стеклобоя, соблюдение технологического режима варки стекломассы. Стеклодрот не должен содержать продавливающихся стальной иглой капилляров и пузырей, размер их допускается не более 0,25 мм.
Кристаллические включения (камни) являются главным дефектом стекломассы. Они понижают механическую прочность и термическую устойчивость изделия из стекла, ухудшают его внешний вид. Размер их колеблется в пределах нескольких миллиметров. Под действием высокой температуры они могут расплавляться, образуя стекловидные капли. По внешнему виду эти включения представляют собой одиночные камни или пучкообразные нити в толще стекломассы. Нити придают стеклу слоистость, образуя свили. Основной причиной образования свилей являются попадание в стекломассу инородных веществ и недостаточная гомогенизация стекломассы. На стеклянных трубках не допускается попадание шихтных камней размером свыше 2 мм (грубая ощутимая рукой свиль).
Калибровка дрота. Для получения ампул одной партии (серии) необходимо использовать трубки одного диаметра и с одинаковой толщиной стенок, чтобы ампулы одной серии имели заданную вместимость. Точность калибровки определяет стандартность ампулы и имеет большое значение для механизации
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
иавтоматизации ампульного производства. С этой целью дрот калибруют по наружному диаметру с помощью калибровочных машин.
Мойка и сушка дрота. Известно несколько способов мойки дрота. Самым распространенным является камерный способ. Установка для промывки представляет собой две герметически закрывающиеся камеры, загружаемые вертикально стоящими пучками дрота. Камеры заполняются горячей водой или раствором моющего средства, после чего производится подача пара или сжатого воздуха через барботер. Затем жидкость из камеры сливается и дрот промывается душированием обессоленной водой под давлением. Для сушки внутрь камеры подается горячий фильтрованный воздух. Более эффективным является способ мойки с помощью ультразвука. Установка такой мойки трубок работает следующим образом. Трубки в горизонтальном положении подаются на транспортные диски, подходят к газовым горелкам для о плавления с одной стороны
ипогружаются в барабан ванны, заполненной горячей водой очищенной. На дне ванны расположен ряд магнитострикционных генераторов ультразвука. Дополнительно в отверстия трубок из сопел подается струя воды. Таким обр а- зом, воздействие ультразвука сочетается со струйной мойкой. Вымытые трубки подвергаются сушке в воздушных сушилках при температуре 270°С.
Значительно улучшает эффективность мойки контактно-ультразвуковой способ, так как в данном случае к специфическим воздействиям ультразвука (кавитация, давление) добавляется механическая вибрация трубок с высокой частотой.
Выделка ампул. В европейских странах и в нашей стране ампулы изготавливают на стеклоформующих автоматах роторного типа при вертикальном положении трубок и непрерывном вращении ротора. Производительность таких автоматов колеблется в пределах 5000-10000 ампул в час. Они имеют автоматическую систему подачи трубок в рабочую зону, благодаря чему один рабочий может одновременно обслуживать две или три машины. На отечественных заводах применяются автоматы производства Венгрии, Германии, Италии и др.
Внутри станины – основания автомата – расположен привод непрерывно вращающейся карусели, несущей на себе определенное количество пар вертикальных верхних и нижних шпинделей (патронов). На верхней плите карусели установлены накопительные барабаны для автоматической загрузки трубками верхних шпинделей, внутри карусели закреплены неподвижные горелки. Карусель охватывает кольцо, совершающее качательное движение вокруг ее оси и на
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
котором расположены направленные внутрь подвижные горелки. Кольцо несет на себе также приспособления для формирования пережима капилляра ампул и другие необходимые приспособления. В центральной зоне карусели смонтирована труба для отсоса и отвода горячих газов, образующихся при работе автомата. В нижней его части у места выхода готовых ампул могут быть расположены приспособления для резки, сортировки и набора в кассеты готовых ампул. На рис. 20.8 представлена схема получения ампул на автоматах этого типа.
I |
II III IV V VI |
1 |
|
2 |
8 |
3 |
7 |
4 |
|
5
6
9
Рис. 20.8. Принцип работы полуавтомата ИО-8 «Тунгсрам» (Венгрия) для выделки ампул:
1 – верхний патрон; 2 – горелка; 3 – ограничительный упор; 4 – нижний патрон; 5 – ролик; 6 – копир; 7 – горелка с острым пламенем; 8 – стеклянная трубка; 9 – готовая ампула
Трубки загружаются в накопительные барабаны и последовательно проходят 6 позиций:
I. Трубки подаются из накопительного барабана внутрь патрона и с помощью ограничительного упора устанавливается их длина. Верхний патрон сжимает трубку, оставляя ее на постоянной высоте;
II. К трубке подходят оттяжная горелка с широким пламенем и разогревает ее участок, подлежащий растяжке. В это время нижний патрон, двигаясь по копиру, поднимается вверх и зажимает нижнюю часть трубки.
III. После разогрева стекла нижний патрон опускается вниз и размягченный участок трубки растягивается, образуя капилляр ампулы;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
IV и V. Далее отрезная горелка с острым пламенем отрезает уже готовую ампулу, одновременно формуя (запаивая) донышко последующей ампулы;
VI. При дальнейшем вращении ротора (карусели) раскрываются зажимы нижнего патрона и готовые ампулы сбрасываются в накопительный лоток. Трубка с запаянным донышком подходит к ограничительному упору 1-й позиции и цикл работы автомата повторяется.
Производительность полуавтомата ИО-8 при изготовлении ампул вместимостью 1-10 мл при изготовлении спаренных ампул – 3500-4000 ампул в час. Конструкция автомата позволяет изготовлять одинарные ампулы, двойные (спаренные) ампулы и ампулы сложной конфигурации.
Основным недостатком данного способа является образование внутри ампул вакуума при охлаждении их до комнатной температуры. При вскрытии капилляра образующиеся осколки и стеклянная пыль засасывается внутрь ампулы. Для решения этой проблемы было предложено наносить на капилляр ампулы кольцевую риску (надрез) с последующим покрытием ее специальным составом для удержания осколков.
Другой вариант решения задачи для обеспечения вскрытия ампулы без образования стеклянной пыли предусматривает производство ампул, в свободном объеме которых находится инертный газ под небольшим давлением – в этом случае предполагается, что при вскрытии ампулы выходящий газ отбросит осколки стекла и пыль, и они не попадут в инъекционный раствор.
В последнее время для получения безвакуумных ампул в момент отрезки, ампулы дополнительно нагревают специально установленной горелкой. Расширяющийся при нагреве воздух, заключенный в ампуле, прокалывает стекло в месте отпайки и вакуум в такой ампуле при ее охлаждении не образуется. Существует еще один метод: в момент отпайки ампулы нижний патрон открывается и под действием силы тяжести ампулы в месте отпайки вытягивается очень тонкая капиллярная трубочка, обламывающаяся при падении ампулы в сборник, благодаря чему вакуум не создается.
Для формования на ампулах пережима применяют приспособления с профилированными роликами.
Среди способов изготовления ампул из трубок можно выделить технологию, применяемую на предприятиях Японии. Этот способ заключается в следующем: на специальных машинах горизонтально расположенная трубка в нескольких участках по длине одновременно разогревается горелками и затем
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
растягивается, образуя участки с пережимами (будущими капиллярами ампул). Затем стеклянную трубку разрезают на отдельные заготовки по средней части пережимов. Каждая заготовка, в свою очередь, разрезается термическим способом на две части с одновременным формованием дна у обеих получающихся при этом ампул. По описанному технологическому способу с использованием специального оборудования достигается производительность от 2500 шт./час крупноемких и до 5000 шт./час мелкоемких ампул.
На указанных выше автоматах, в основном, получают герметически запаянные ампулы, у которых тут же обрезается капилляр с помощью специальных приставок. Затем ампулы устанавливаются «капилляром вверх» в металлическую тару и направляются на операцию отжига.
Американской фирмой «Корнинг Гласс» разработан новый метод изготовления ампул, без промежуточного изготовления трубок. Фирмой создана серия высокопроизводительных ленточных («риббок») машин, на которых происходит струйно-выдувной процесс формования стекла, обеспечивающий высокую степень равномерности его распределения по стенкам готовых изделий. Выработка изделий на ленточных машинах требует поддержания температурного режима и регулирования давления с высокой точностью, для чего используется высокоточная измерительная аппаратура. Ленточные машины при диаметре изделий 12,7-43,18 мм могут работать с высокой производительностью – около 9000 шт./час.
20.4. ПОДГОТОВКА КОНТЕЙНЕРОВ И УКУПОРОЧНЫХ СРЕДСТВ
Для подготовки контейнеров и укупорочных материалов в большом количестве используют воду обессоленную (деминерализованную) и воду очищенную. Деминерализованная вода используется для мойки стеклодрота, ампул, флаконов, вспомогательных материалов и питания аквадистилляторов при получении воды очищенной и воды для инъекций. Методы получения и требования нормативной документации к их качеству описаны в главе 7.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.4.1. Подготовка ампул
Подготовка ампул к наполнению включает следующие операции: вскрытие капилляров спаренных ампул, их мойка, сушка и/или стерилизация.
Вскрытие капилляров. В настоящее время на заводах капилляры спаренных ампул обрезают в процессе их изготовления на стеклоформующих автоматах, для чего применяют специальные приспособления (приставки), монтируемые непосредственно на автоматах или рядом с ними. Приставка к ампулоформующему автомату предназначена для резки (вскрытия), оплавления капилляра и набора ампул в кассеты.
Привод транспортирующего устройства приставки осуществляется непосредственно от автомата. В качестве режущего инструмента здесь используется дисковый стальной нож, приводимый во вращение специальным высокоскоростным электродвигателем. Ампулы, подлежащие резке, поступают из лотка автомата на транспортные линейки приставки, которые их последовательно переносят от одного рабочего узла к другому и после обработки сталкивают в накопитель (бункер). С помощью рычага ампулы плавно подводятся во вращение роликом. Откол части капилляра осуществляется термоударом с помощью горелки, затем обрезанный конец оплавляется. Для непрерывной работы приставка имеет два питателя, работающих попеременно.
Для резки капилляров ампул на некоторых предприятиях применяют и самостоятельные автоматы, один из которых, предложенный П.И. Резепиным. Кассету с ампулами вставляют в бункер автомата. Ампулы поступают в отверстие вращающегося барабана, который подводит каждую ампулу к бруску для подрезки капилляров. При этом вращающийся в обратном направлении барабана зубчатый резиновый диск придает ампуле вращательное движение, и брусок наносит на капилляр ровный надрез. Затем капилляр обламывается обламывателем и вскрытая ампула поступает в приемник для набора в кассеты.
Как было указано ранее, в момент вскрытия капилляров спаренных ампул происходит засасывание внутрь образующихся при разломе стекла частиц стеклянной пыли и окружающего воздуха с содержащимися в нем механическими частицами, что связано с явлением разрежения внутри ампулы. Для предотвращения этого в машинах для резки ампул необходимо обеспечить их предварительный подогрев, подавать в зону резки чистый профильтрованный воздух и установить в месте нанесения риски узел обмыва капилляра ампулы фильтрованной обессоленной водой. Эти мероприятия позволяют снизить загрязнение
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ампулы, и облегчает в дальнейшем процесс их внутренней мойки. Дальнейшее развитие ампульного производства идет по пути создания специального оборудования – автоматических поточных линий ампулирования, в условиях которых вскрытие ампул целесообразно производить непосредственно в линии, так как при этом возможно сохранить практически стерильную среду внутри ампулы, полученную благодаря нагреву стекла до высокой температуры в процессе формования.
Если в технологическом процессе используют открытые ампулы других типов, то операция вскрытия их отсутствует.
20.4.2. Способы мойки ампул
Для групповой мойки ампулы помещают в кассеты с помощью специальных автоматов. Для набора мелкоемких ампул (1; 2; 3 и 5 мл) часто используют, например, машину Резепина модель Ц564М, выпускаемую серийно Мариупольским заводом технологического оборудования (ЗТО). Автомат набирает ампулы в перфорированные кассеты, изготовленные из нержавеющей стали. В верхней части автомата расположен подвижный бункер, в который загружаются ампулы. При перемещении бункера ампулы сначала укладываются в ячейки поворотной рамки, которая, поворачиваясь в вертикальное положение, направляет их в отверстия кассеты, расположенные в шахматном порядке. Число открытых желобков поворотной рамки при каждом рабочем цикле регулируется шторками.
После укладки очередного ряда стол с кассетой перемещается на один шаг и цикл повторяется. При укладке последнего ряда кассеты машина останавливается конечным выключателем и стол возвращается в исходное положение. Кассеты, наполненные ампулами, снимают вручную и передают на следующие операции согласно технологическому процессу: мойку, сушку или стерилизацию первичной упаковки. В отечественной фармацевтической промышленности используют и другие автоматы для укладки ампул в кассеты.
Мойка ампул является одной из самых ответственных стадий ампульного производства. Она складывается из наружной и внутренней мойки.
Для наружной мойки ампул применяется полуавтомат типа АП-2М2 Мариупольского ЗТО. Полуавтомат представляет собой аппарат с крышкой, в который на свободно вращающуюся подставку устанавливается кассета с ампулами. Над кассетой расположено душирующее устройство, с помощью которого на ампулы подается фильтрованная горячая вода. Под воздействием струй
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
воды кассета приходит во вращение, чем достигается равномерная обмывка ампул. Производительность автомата по обработке ампул вместимостью 1-2 мл достигает 30 тыс. ампул в час.
Внутренняя мойка ампул может осуществляться следующими способа-
ми: вакуумным, ультразвуковым и виброультразвуковым, термическим и шприцевым.
Наиболее распространен в отечественной технологии вакуумный способ мойки. Суть этого способа заключается в том, что кассету с ампулами помещают в герметично закрываемый аппарат так, чтобы капилляры после наполнения аппарата водой были погружены в воду, затем в нем создают и резко сбрасывают вакуум. При создании вакуума воздух, находящийся в ампулах, отсасывается и пузырьками проходит через водный слой. В момент сброса вакуума вода с силой устремляется внутрь ампул, омывая ее внутреннюю поверхность, затем при повторном создании вакуума вода с взвешенными в ней механическими примесями, ранее находившимися на стенках ампул, отсасывается и сливается из аппарата. Цикл повторяется многократно.
Простой вакуумный способ мойки, сущность которого была описана выше, мало эффективен, т.к. не может обеспечить требуемой чистоты ампул. Для отделения частиц механических включений от стенок ампулы воздействие только одного, даже весьма сильного турбулентного потока воды, недостаточно. Наиболее ответственным моментом в процессе мойки является скорость удаления воды из ампул с взвешенными в ней частицами. Естественно, чем выше эта скорость, тем эффективнее мойка. По мере отсоса воздуха внутри ампулы создается разрежение, процесс эвакуации воды замедляется, и в конце процесса при уравнивании давления скорость удаления воды практически близка к нулю. Следовательно, самая важная часть процесса протекает неинтенсивно.
Определенное влияние на вынос частиц, взвешенных в моющей среде, оказывает форма ампул. Как показал производственный опыт, эвакуация частиц из ампул с пережимом капилляра протекает хуже, чем из ампул с плавным переходом пульки в капилляр. В этом случае брак по механическим примесям увеличивается на 10-15%, что объясняется завихрением потока воды в пережиме, при отсосе ее из ампулы, и, как следствие, удержанием частиц в ампуле.
В связи с этим, процесс вакуумной мойки был значительно усовершенствован – введено ступенчатое вакуумирование, позволившее добиться более полного удаления воды из ампул, интенсифицирован процесс за счет более рез-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
кого сброса вакуума, автоматизированы операции управления аппаратом. Разновидностями вакуумных способов мойки являются: турбовакуумный, вихре-
вой и пароконденсационный.
Турбовакуумный способ характеризуется более эффективной мойкой за счет мгновенного погашения разрежения и ступенчатого вакуумирования. Процесс проводится в турбовакуумном аппарате с автоматическим управлением по заданным параметрам.
Внутрь аппарата помещаются кассеты с ампулами капиллярами вниз, закрывается крышка и создается разрежение. Рабочая емкость аппарата заполняется горячей деминерализованной водой так, чтобы капилляры были погружены в нее. Разрежение повышается примерно в 2 раза и внутри ампулы также создается вакуум. Затем быстро открывается воздушный электромагнитный клапан большого диаметра и в аппарат мгновенно поступает профильтрованный стерильный воздух. Это создает резкий перепад давлений, и вода устремляется внутрь ампул в виде турбулентного фонтанирующего потока, отделяя от поверхности загрязнения и переводя их во взвешенное состояние. Далее воздушный клапан закрывается, аппарат соединяется с вакуумной линией, разрежение вновь повышается и вода, содержащая взвешенные частицы, с большой скоростью удаляется из ампул и из рабочей емкости аппарата. Высокая скорость удаления воды препятствует задержке механических частиц на стенках ампул. Затем вакуум вновь приводится к первоначальному состоянию, в рабочую емкость подается чистая вода, и цикл мойки повторяется от 4 до 8 раз (в зависимости от степени загрязнения ампул). Брак при этом способе высок и составляет 10-20%.
Для повышения эффективности турбовакуумной мойки ампул был разработан вихревой способ. В отличие от турбовакуумной мойки перепад давлений здесь после очередного гидроудара ступенчато возрастает за счет увеличения разряжения в аппарате. Вакуум гасится фильтрованным воздухом через 0,2-0,3 с.
В отечественной промышленности нашел применение пароконденсационный способ мойки ампул. Суть этого способа заключается в том, что касс е- ту с ампулами помещают в герметический аппарат, затем из аппарата и ампул паром выдавливают атмосферный воздух и аппарат наполняют горячей водой (температура 80-90°С). Далее пар, находящийся в ампулах, конденсируют, в результате чего последние почти целиком заполняются турбулентным потоком
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
воды. Под воздействием возникающего вакуума, вода в ампулах вскипает и мгновенно выбрасывается их них. Цикл повторяют несколько раз, меняя воду.
Особенностью процесса пароконденсационной мойки ампул является вскипание моющей жидкости в ампуле в момент подачи холодной воды при пониженной температуре кипения за счет создавшегося разрежения и последующее интенсивное вытеснение моющей жидкости образовавшимся внутри ампулы паром. При разрежении 20-30 кПа вода вскипает в диапазоне температур 90-95 °С. Поэтому особенно важно обеспечить строгий контроль температурного режима подаваемой в аппарат воды. Заполнение ампул с использованием эффекта гидравлического удара моющей жидкости о стенки и мгновенное вскипание всего объема жидкости обеспечивают интенсивную обработку стенок ампул с отслоением частиц от них, а бурное вытеснение жидкости – вывод в ней механических частиц.
Благодаря применению горячей воды, пара и высокоскоростной циркуляции жидкости, этот способ значительно повышает качество очистки, а проводимая обработка ампул паром в известной степени стерилизует пустые ампулы. После данного способа мойки горячие ампулы, из которых полностью удалена вода, не нуждаются в сушке перед их наполнением. Данный способ не требует использования в производстве вакуумных насосов, являющихся весьма водоэнергоемким оборудованием.
Пароконденсационный способ мойки применяется в работе полуавтомата АП-30 и автоматических линий АП25М, АП2М2 и АП3М2. Схема аппарата для пароконденсационной мойки ампул АП25М приведена на рис. 20.9.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
11 |
12 |
13 |
10 |
|
|
9
8
7
6
5
4
3 14
2
15
1 16
17
Рис.20.9. Схема аппарата для пароконденсационной мойки ампул АП25М:
1 – сливной бачок; 2, 16 – обратные клапаны; 3 – промежуточный бачок; 4 – рабочая емкость; 5 – станина; 6 – крышка емкости; 7 – направляющие; 8 – ампула; 9 – кассета; 10 – пульт управления; 11 – пневмоцилиндр;12 – блок управления пневмоцилиндром; 13 – электрошкаф; 14 – конденсационный бачок; 15, 17 – клапаны
Для работы к аппарату необходимо подключать фильтрованный пар под давлением до 295 кПа, водопровод холодной обессоленной воды и моющей воды с температурой 80-90ºС, а также пневмопровод сжатого воздуха. Управление процессом осуществляется автоматически. Производительность аппарата составляет 22-30 кассет в час.
Вибрационный способ мойки ампул. Как указывалось ранее, большую часть механических загрязнений, прилипших к поверхности ампул, составляют частицы стекла. С целью удаления их из растворов авторы данного метода использовали принцип осаждения взвешенных в жидкости частиц по закону Стокса. Кассету ампул с водой устанавливают капиллярами вниз на подкассетник, жестко соединенный с вибратором; при этом концы капилляров погружены в жидкость. Ампулы подвергают вибрации, в результате чего взвешенные в растворе частицы осаждаются в зону капилляров и покидают ампулы. Во время вибрации ампул на границе концов капилляров с жидкостью возникает «волновой барьер», препятствующий попаданию загрязнений из жидкости в ампулы. При этом объем жидкости в ампулах остается неизменным, что позволяет таким путем освобождать от примесей непосредственно растворы лекарственных ве-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ществ в момент вакуумного заполнения ими ампул. Вибраторы применяют с частотой 50-100 Гц и амплитудой до 1 см.
С целью интенсификации процесса очистки ампул широкое применение в различных аппаратах и устройствах нашел ультразвуковой способ обработки. Прохождение ультразвука в жидкости сопровождается чередующимися сжатиями, разрежениями и большими переменными ускорениями. В жидкости образуются разрывы, называемые кавитационными полостями, которые в момент сжатия захлопываются. В это время давление в пузырьках может достигать нескольких тысяч атмосфер. Кавитационные полости образуются за счет присутствия в жидкости мельчайших пузырьков газа и пара или твердых частиц. Пульсирующие кавитационные пузырьки отслаивают частицы загрязнений со стенок стеклянных контейнеров. Оптимальными параметрами данного процесса является частота ультразвука – 18-22 кГц и температура моющей воды 30-60 °С. В качестве источника ультразвука применяют магнитострикционные генераторы, которые обычно крепятся на крышке или дне моечного аппарата.
Преимуществом данного способа перед другими, кроме высокой эффективности удаления прочно удерживаемых загрязнений (главным образом, частиц стекла), является возможность отбраковки ампул с микротрещинами, которые под действием ультразвука разрушаются. Положительным является также бактерицидное действие ультразвуковых колебаний и непродолжительность процесса.
Мойка ампул ультразвуковым способом происходит следующим образом. Ампулы в кассетах заполняют горячей обессоленной водой вакуумным путем в аппарате вакуум-моечного полуавтомата, расположив их капилляры над магнитострикционными преобразователями. Расстояние капилляров, погруженных в воду от излучателей – 10 мм. Затем подачей фильтрованного воздуха гасится вакуум, и вода в виде турбулентного потока моет ампулы и заполняет их. В это время на 30 с автоматически включается генератор ультразвука и при озвучивании происходит быстрое и полное удаление воды с загрязнениями из ампулы. В зависимости от загрязненности циклы повторяются несколько раз.
Несмотря на эффективность ультразвукового способа мойки (брак составляет 5-10%), проблема эвакуации жидкости и выноса из полости ампулы взвешенных в ней частиц остается по-прежнему актуальной.
По состоянию развития техники на сегодня наиболее приемлемым техническим решением высококачественной очистки ампул является сочетание ульт-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
развуковой обработки со шприцевым, пароконденсационным или вибрационным способами.
На рис. 20.10 изображено устройство аппарата виброультразвуковой мойки ампул в турбовакуумном аппарате, на дне которого укрепляется генератор ультразвука (5). Кассета с ампулами (3) помещается на подкассетник (2) и в аппарате выполняются все операции ультразвукового способа совместно с механической вибрацией. Брак мойки этим способом достаточно низкий – 3-5%.
41 |
6 |
7 |
11 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
9 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
12 |
|
|
5 |
8 |
Рис. 20.10. Устройство аппарата виброультразвуковой мойки ампул:
1 – корпус аппарат; 2 – подкассетник; 3 – кассета; 4 – ампулы; 5 – магнитостриктор; 6 – датчик уровня воды; 7 – датчик вакуума; 8 – исполнительный механизм; 9, 10, 11, 12 – клапаны
Термический способ предложен В.Я. Тихомировой и Ф.А. Коневым (1970). Суть его заключается в том, что предварительно ампулы моют вакуумным способом, заполняют водой очищенной с температурой 60-80°С и пом е- щают капиллярами вниз в зону интенсивного нагрева (300-400°С). При этом тепловой поток, передающийся от стенки ампул к жидкости, вызывает конвективные токи, движение жидкости при кипении становится интенсивным. Механические частицы отслаиваются от стенок и вместе с водой удаляются из ампул за счет создавшегося в них избыточного давления пара над жидкостью. Скорость удаления воды из ампул зависит, в основном, от двух факторов – исходной температуры воды и температуры в зоне нагрева. Время одного цикла 5 минут. Недостатками способа являются относительно низкая скорость удаления воды из ампул и сложное аппаратурное оформление, поэтому широкого распространения метод не нашел.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В последние годы широкого применения получила технология шприцевой (струйной) мойки ампул, хотя также не обеспечивает высокого качества их очистки. Суть шприцевой мойки заключается в том, что в ампулу, ориентированную капилляром вниз, вводят полую шприцевую иглу, через которую под давлением подают воду. Турбулентная струя воды из иглы отмывает внутреннюю поверхность ампулы и удаляется через зазор между иглой и отверстием капилляра (рис. 20.11).
Рис. 20.11. Принципиальная схема шприцевой мойки ампул
Очевидно, что интенсивность мойки во многом зависит от скорости циркуляции жидкости внутри ампулы, т.е. от скорости ее поступления и вытеснения. Однако шприцевая игла, введенная в отверстие капилляра, уменьшает его свободное сечение, необходимое для эвакуации воды. Кроме того, большое количество игл усложняет конструкцию машин, а также ужесточает требования к форме и размерам ампул. Производительность данного способа невелика, но с целью повышения эффективности его сочетают с ультразвуковым воздействием. Сочетание шприцевой мойки ампул с применением ультразвука широко используют в автоматических линиях подготовки и наполнения ампул различных зарубежных производителей (рис.20.12).
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.12. Схема работы машины карусельного типа для шприцевой мойки ампул с ультразвуковой ванной:
1 – подающий конвейер; 2 – подающий шнек; 3 – устройство для опускания в ультразвуковую ванну; 4 – элеватор для передачи ампул на узел мойки; 5 – транспортные захваты для поворота на 180°; 6-10 – позиции шприцев мойки; 11 – обратный поворот ампул на 180°; 12 – зубчатый передаточный механизм; 13 – накопитель.
Для проверки качества мойки при проведении загрузки моечного аппарата в каждую кассету с ампулами в нескольких местах помещают контрольные ампулы со специально нанесенными внутри окрашенными загрязнениями. После мойки эти ампулы должны быть чистыми.
20.4.3. Сушка и стерилизация ампул
После мойки ампулы достаточно быстро, чтобы предотвратить вторичное загрязнение, передаются на сушку или стерилизацию (за исключением тех способов мойки, которые включают в себя эти процессы) в зависимости от условий ампулирования.
Сушка может проводиться в специальных (сухожаровых) сушильных шкафах при температуре 120-130°С 15-20 минут. Если необходима стерилизация, то обе операции объединяются и ампулы выдерживают в суховоздушном стерилизаторе при 180°С в течение 60 минут. Стерилизаторы устанавливаются
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
между двумя отделениями так, чтобы загрузка вымытых ампул проводилась в моечном отделении, а выгрузка высушенных или простерилизованных – в отделении наполнения ампул раствором (в помещении более высокого класса чистоты).
Этот метод сушки и стерилизации имеет ряд недостатков. Во-первых, в воздухе стерилизатора может содержаться большое количество частиц, в виде пыли и окалины, выделяемых нагревательными элементами. Во-вторых, температура в разных зонах камеры не одинаковая. В-третьих, в стерилизатор при каждой загрузке попадает нестерильный воздух.
Для сушки и стерилизации на крупных фармацевтических предприятиях используют сушильно-стерилизационные туннельные сушилки, в которых кассеты с ампулами перемещаются по транспортеру при нагревании инфракрасными лучами в сушильной части до 170°С, а в стерилизующей – до 300°С.
Более эффективно для стерилизации ампул применять новые виды стерилизаторов с ламинарным потоком нагретого стерильного воздуха. В них с помощью вентилятора воздух с небольшим избыточным давлением подается в к а- лорифер, нагревается до температуры стерилизации 180-300ºС, фильтруются и через распределительное устройство поступает в стерилизационную камеру в виде ламинарного потока по всему ее сечению, что создает равномерное температурное поле по всему сечению камеры. Фильтрование через стерилизующие фильтры и небольшой подпор воздуха гарантирует отсутствие механических загрязнение и микрофлоры в зоне стерилизации.
20.4.4.Подготовка флаконов и укупорочных средств
Впроизводстве многих ПЛС в качестве первичной упаковки используют стеклянные и полимерные контейнеры (флаконы, бутылки, прозрачные гибкие пакеты-контейнеры). Ассортимент стеклянной и полимерной тары, а также укупорочных средств для препаратов парентерального назначения описан в главе «Технология упаковки лекарственных средств».
Стеклянные флаконы и бутылки изготавливают, как правило, из стекла марки НС-2, обладающей меньшей гидролитической устойчивостью, чем ампульное, поэтому процесс качественной подготовки стеклянных контейнеров и укупорочных средств имеет важное значение в производстве инфузионных препаратов.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Процесс подготовки флаконов и бутылок состоит из замачивания, мойки наружной и внутренней поверхности и стерилизации. Во время замачивания моющий раствор поверхностно-активных веществ подвергает деструкции частицы загрязнений, что ведет к их отслаиванию с поверхности стекла и удалению. Первым этапом мойки, как правило, является предварительная мойка внутренней поверхности флаконов, при которой происходит механическая очистка загрязнений.
Мойка наружной и внутренней поверхности флаконов и бутылок осуществляется с применением струйного (шприцевого), ультразвукового или кон- тактно-ультразвукового методов или их комбинацией. Более эффективным является контактно-ультразвуковой способ очистки за счет непосредственного контакта стенок бутылок с источником колебаний. При этом ультразвуковые колебания возбуждаются в самом очищаемом изделии, которое становится излучателем, и очистка загрязнений осуществляется как за счет специфических эффектов, возникающих в жидкости, так и за счет механических колебаний самой бутылки. На некоторых заводах используют установки 574Р-К с пароконденсационным способом мойки бутылок.
В промышленных условиях мойка флаконов и бутылок осуществляется на типовом оборудовании отечественного и импортного производства. Так, автоматическая линия АЛВ (производства Мариупольского ЗТО) использует шприцевой метод мойки и осуществляет ершевание внутренней поверхности (аппарат АЛВ-1), ополаскивание поверхностей водой горячей (карусельная моечная машина АЛВ-ІІ), четырехпозиционная мойка с ополаскиванием флаконов фильтрованной водой очищенной (цепная моющая машина АЛВ-ІІІ). Подобный метод мойки используется в аппаратах марки МРП и БМ отечественного производства, а также импортируемых типа LAS (Дания), «Гилови 25-05» (Германия) и др. Ультразвуковой метод мойки используется как в оборудовании отечественного производства (тип МПД), так и зарубежного (фирм «Fortune International» Индия; «Гист-Брокадес-Продактс» Голландия, «Рота», «Groninger» Германия, «Luxun International Group» Китай и др.). На рисунке 20.13. изображена схема работы узла шприцевой мойки машины RRN фирмы «Robert BOSCH GmbH».
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.13. Схема работы узла шприцевой мойки флаконов
Последнее ополаскивание флаконов и бутылок проводят водой для инъекций, профильтрованной через мембранный фильтр с порами размером не более 5,0 мкм.
После мойки флаконы поступают на стерилизацию. Для этого используют сушильно-стерилизационные установки туннельного типа, где флаконы проходят три зоны: нагрев до температуры стерилизации (315±35°С), выдержка при заданной температуре в течение определенного времени (5-30 мин.) и охлаждение профильтрованным через фильтр тонкой очистки стерильным воздухом. Примером используемого оборудования может служить стерилизационный туннель АЛВ-IV отечественного производства; сушильностерилизационная установка LAS (Дания); туннельный стерилизатор «Пирокленз» (Голландия); многофункциональный стерилизатор «Turbotherm» фирмы «BOSCH» (Германия) и др.
Для укупорки стеклянных флаконов и бутылок применяют резиновые пробки, получаемые вулканизацией (поперечным сшиванием) макромолекулярных эластомеров с введением специальных добавок. Эластомеры получают из природного или синтетического сырья в результате процесса полимеризации или поликонденсации. В составы резиновых смесей могут входить катализаторы (соли и оксиды металлов), красители, стабилизаторы, пластификаторы, наполнители, способные при миграции в растворы вызывать изменение качества препаратов и оказывать побочное действие на организм. Поэтому в настоящее время резиновые укупорочные средства классифицируют на два типа: тип І – пробки, отвечающие самым строгим требованиям нормативной документации и тип ІІ – пробки, имеющие механические свойства и используемые для специ-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
альных целей (например, для многоразового прокола), но не отвечающие требованиям типа І по химическому составу.
Резиновые пробки фиксируются на стеклянном контейнере с помощью алюминиевых колпачков или навинчивающихся алюминиевых крышек с контролем вскрытия. Некоторые фирмы выпускают колпачки «Flip-Off» (состоящие из металлической основы с пластмассовой крышкой, защищающей участок введения иглы) и комбинированные колпачки «Combi Seals» (алюминий+пластик+эластомер).
Мойка пробок и колпачков включает в себя несколько чередующихся операций обработки и ополаскиваний. Нормативная документация регламентирует следующую последовательность обработки: отмывка пробок от резиновой крошки, мойка в растворе моющего средства, кипячение в растворе натрия гидроксида, соды кальцинированной или тринатрийфосфата, кипячение их в растворе соляной кислоты. После каждой операции проводят ополаскивание пробок проточной водопроводной водой, а затем очищенной. Последнее ополаскивание проводят водой для инъекций, профильтрованной через фильтр с порами размером не более 5,0 мкм. Перед стерилизацией пробки силиконируют.
Стерилизацию пробок и колпачков проводят насыщенным паром в стерилизаторах с последующей сушкой стерильным воздухом.
Для подготовки укупорочных средств используют промышленные машины с вращающимся барабаном и котлы для кипячения типа РМ-XVIII , РМ-XIX (ЗТО г. Мариуполь), паровые стерилизаторы отечественного и зарубежного производства, но предпочтительнее использование автоматических линий и полифункциональных аппаратов, совмещающих все операции мойки и стерилизации, например, производства фирмы «Фарма-Клин» (Швейцария), «BOSCH»
(Германия), «Truking Science & Technology Co., Ltd» (Китай) и др.
Стерильные флаконы, пробки и колпачки выгружают в стерильные емкости с герметичными крышками и хранят в чистой зоне с окружающей средой, по меньшей мере, класса D не более 24 часов.
20.4.5. Использование полимерных материалов для упаковки ПЛС
Выбор вида и материала первичной упаковки определяется главным образом свойствами лекарственных веществ и конструктивными особенностями самой упаковки с учетом ее экономичности. При этом одним из главных критериев оценки экономичности является материал упаковки, который должен не
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
только выдерживать механические и другие нагрузки при ее заполнении, но и не изменять при этом своих свойств – цвета, формы, индифферентности, стерильности и т.д. Способ упаковки должен быть в максимальной степени высокопроизводительным и механизированным, чтобы частично или полностью исключить риск загрязнения микроорганизмами, частицами или продуктами миграции из упаковки.
Существующие недостатки стеклянных сосудов связаны с явлением выщелачивания и растворения стекла, влиянием на стабильность и качество инъекционных и инфузионных растворов; сложностью транспортировки и хранения в связи с хрупкостью тароупаковочного материала; относительно большой его тоннажностью и др. Приведенные недостатки свидетельствуют о необходимости поиска и использования для упаковки ПЛС более прогрессивных материалов.
Последние десятилетия характеризовались повышенным интересом ученых к созданию различного рода пластмассовых упаковок для хранения стерильных лекарственных форм. Интерес к пластмассам и вообще к полимерным материалам объясняется тем, что они обладают таким сочетанием ценных свойств, какого не имеет ни один из других материалов. Так, по сравнению со стеклом, высокополимерные материалы обнаруживают меньшую хрупкость или вовсе лишены ее при удовлетворительной механической прочности, жесткости и поверхностной твердости. Многие пластмассы инертны, нейтральны и в то же время обладают устойчивостью к действию щелочей, кислот, многих окислителей и восстановителей. Они достаточно легко перерабатываются в изделия сложной конфигурации, а эластичность некоторых полимеров позволяет создавать из них принципиально новые конструкции первичной тары и упаковки (рис. 20.14). Эти обстоятельства послужили толчком к дальнейшему широкому изучению возможностей применения пластмасс в фармацевтическом производстве.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.14. Виды полимерных упаковок
Из полимерных материалов для производства первичных упаковок ПЛС наиболее востребованы и отвечают основным требованиям – полиэтилены, полипропилен и поливинилхлорид.
Среди требований, предъявляемых к полимерным упаковкам, следует выделить следующие: контейнеры должны выдерживать условия стерилизации, при чем его конструкция и метод стерилизации должны обеспечивать возможность стерилизации всех элементов контейнера, контактирующих с лекарственным средством. Укупорочные средства являются частью контейнера. После герметизации полимерные контейнеры должны обеспечивать стерильность и сохранность целостности при хранении и транспортировке. Для более надежного хранения контейнер упаковывают в защитную оболочку. Такая упаковка должна быть достаточно прозрачная для того, чтобы обеспечить визуальный контроль содержимого в любой момент. Полимерные контейнеры могут иметь приспособление для присоединения комплекта для вливания, конструкция которого обеспечивала бы надежное соединение.
Отличительной особенностью таких видов упаковок является отсутствие необходимости предварительной их подготовки (мойки и сушки) перед наполнением, что существенно снижает затраты по сравнению с производством ПЛС в стеклянной таре. Растворы лекарственных веществ помещаются в полимер-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ные упаковки и герметизируются в одном автоматическом комплексе оборудования, снижая риск любого вида загрязнения.
Всвязи с все более широким внедрением полимерных упаковок в производство ПЛС разработаны и принципиально новые технологии их получения. В последнее время большой интерес представляет принцип «bottle pack» или
технология BFS (Blow-Fill-Seal) «выдувание – наполнение – герметизация».
Это рациональный способ упаковки растворов парентерального назначения, при котором в течение одного непрерывного технологического цикла происходит формование первичных упаковок из стерильного (или нестерильного) термопластического гранулята, автоматическое наполнение стерильным раствором, герметизация и нанесение необходимой маркировки, делений, кодовых обозначений на емкости методом горячего теснения.
Мировыми производителями ПЛС в полимерных флаконах, бутылках, мягких пакетах, пластиковых ампулах, шприцах и шприц-ампулах по технологии Form-Fill-Seal являются известные зарубежные фирмы: «Rommelag ag» (Швейцария), компании «Brevetti Angela S.r.l» (Италия), «PLUMAT» (Герма-
ния), «Luxun International Group» (Китай) и др.
Внастоящее время в Украине выпускают парентеральные лекарственные средства в полимерных пакетах-контейнерах (Луганская фармацевтическая фабрика), полиэтиленовых флаконах и ампулах (фирма «НИКО», г. Макеевка),
водноразовых шприц-ампулах (компания «Стиролбиофарм», г. Горловка).
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.5. ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНЫМ ВЕЩЕСТВАМ
Все исходные и вспомогательные вещества должны быть разрешенными к медицинскому применению и удовлетворять требованиям нормативной документации (фармакопейным статьям, АНД, техническим условиям, государственным и отраслевым стандартам и др.).
Для некоторых веществ, используемых для приготовления растворов парентерального назначения, нормативная документация предъявляет повышенные требования к чистоте – сорт «для инъекций». К ним относятся: магния сульфат, кальция хлорид, кофеин-бензоат натрия, эуфиллин, гексаметилентетрамин, натрия цитрат и натрия гидроцитрат, натрия гидрокарбонат и др. Для субстанций глюкозы и желатина предъявляется высокие требования микробиологической чистоты, т.к. они являются хорошей питательной средой для микроорганизмов. Если лекарственные вещества не отвечают требованиям сорта «для инъекций», их подвергают специальной очистке от недопустимых химических и других примесей.
В случае отсутствия сорта «для инъекций» магния сульфата, не содержащего соединений марганца и железа, очистку от этих примесей проводят окисью магния при нагревании и отстаивании с последующей адсорбцией их на активированном угле.
Раствор кальция хлорида, используемый для приготовления инъекционного раствора, не должен содержать ионов железа и кальция сульфата. Освобождение от ионов железа проводится осаждением гидроокисью кальция и в виде гидроокиси железа адсорбируется на угле активированном. Кальция сульфат выпадает в осадок при нагревании раствора и длительном отстаивании. Затем раствор фильтруется и подвергается стабилизации 1 М раствором хлористоводородной кислоты до значения рН 6,5-7,0.
Раствор кальция глюконата перед ампулированием кипятят с обратным холодильником в течение 3 часов. Длительным кипячением препарат освобождают от примеси кальция оксалата, который иначе может выпасть в осадок во время стерилизации.
Для получения стабильных растворов эуфиллина пользуются сортом «для инъекций» с повышенным содержанием этилендиамина (18-22% вместо
14-18%).
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Сорт «для инъекций» гексаметилентетрамина не должен содержать аминов, солей аммония и параформа. Если нет данного сорта, то гексаметилентетрамин также подвергается специальной очистке.
Процесс разложения глюкозы в растворах ускоряют следы тяжелых металлов (железа и меди). С целью очистки раствора от тяжелых металлов и окрашенных продуктов разложения глюкозы, ее предварительно обрабатывают активированным углем и стабилизируют хлористоводородной кислотой до рН
3,0-4,0.
Раствор желатина медицинского 10% для инъекций очищают от механических примесей, добавляя на 1 л раствора, взбитые белки трех яиц и 3% свежеобработанного угля активированного. Раствор нагреванию до 105°С и выдерживают 15 минут, при этом свернувшийся белок захватывает механические загрязнения.
20.5.1.Подготовка угля активированного
Впроизводстве инъекционных или инфузионных растворов используется активированный уголь (чаще марки А), предварительно подготовленный.
Активный уголь получают из древесины некоторых хвойных и лиственных пород деревьев, путем обжига и активации угля. Процесс получения угля проходит два этапа:
1. Исходный материал нагревают при температуре до 500ºС без доступа воздуха, при этом происходит обугливание и возгонка летучих веществ.
2. Полученный уголь – сырец прокаливается в токе водяного пара или углекислого газа при температуре 850-960ºС, при этом выгорают остатки смолистых веществ и освобождается внутренняя поверхность угля. Получается уголь,
укоторого все внутреннее строение представляет собой огромное количество трещин, пустых пор, канальцев и ходов. Такой уголь называют активным или активированным.
Взависимости от назначения активный древесный порошкообразный уголь изготавливают четырех марок: ОУ–А, ОУ-Б, ОУ-В, ОУ-Г.
Обработка угля для очистки парентеральных растворов производится следующим образом. В фарфоровую емкость вместимостью 100 л загружают 40
лнагретой до 90ºС очищенной воды, к ней постепенно добавляют 1,2 кг химически чистой соляной кислоты и 9 кг активированного угля. Массу перемеши-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
вают в течение 30 минут, затем переносят в нутч–фильтр, где тщательно отжимают от воды. Отжатый уголь промывают на нутч–фильтре 9-10 раз горячей очищенной водой, затем промывают 3-4 раза очищенной водой с температурой 20±5ºC. После каждой промывки уголь на фильтре тщательно отжимают. Промытый уголь проверяют на присутствие солей тяжелых металлов, хлоридов, сульфатов, солей кальция.
Обработанный уголь должен соответствовать следующим требованиям:
–рН водной вытяжки должен быть в пределах 4,5-5,0;
–хлориды, сульфаты, соли кальция и тяжелых металлов должны отсутствовать;
–содержание солей железа не более 0,003%.
Промытый уголь разрешается хранить в деревянной таре в течение одних суток. При более продолжительном хранении производится дополнительная промывка угля горячей водой с температурой 80-90ºС.
20.6. РАСТВОРИТЕЛИ ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
В качестве растворителей лекарственных веществ при получении парентеральных средств применяются вода для инъекций, изотонические растворы некоторых лекарственных веществ и неводные растворители природного, синтетического и полусинтетического происхождения, отвечающие требованиям нормативной документации.
К растворителям предъявляются жесткие требования: высокая растворяющая способность, необходимая химическая чистота, фармакологическая индифферентность, химическая совместимость с лекарственными веществами, т.е. отсутствие химического взаимодействия, устойчивость при хранении, доступность и дешевизна.
Вода является наиболее распространенным растворителем для парентеральных препаратов. Она представляет собой самый удобный с физиологической точки зрения растворитель, поскольку является в количественном отношении главной составной частью всех секретов организма и одновременно основным агентом, транспортирующим питательные вещества и продукты обмена веществ в организме.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Известно, что ряд препаратов из-за плохой растворимости в воде либо не могут применяться в медицинской практике, либо в значительной степени теряют свой терапевтический эффект. К ним можно отнести стероидные соединения, антисептики, фуранохромоны, алкалоиды, гликозиды и др. С этой целью применяют неводные растворители: спирты, эфиры, масла и др. Неводные растворители, наряду с другими требованиями должны быть малотоксичными, прозрачными, иметь незначительную вязкость.
20.6.1. Получение воды для инъекций в промышленных условиях
Согласно нормативным требованиям вода для инъекций (Aqua pro ingectionibus) должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к воде очищенной, а также должна быть стерильной и апирогенной. Вода для инъекций должна быть свободной от механических видимых включений, которые определяют в соответствие с руководящими документами.
Срок использования воды для инъекций регламентируется 24 часами с момента получения, при условии ее хранения в асептических условиях. При более длительном хранении вода может поглощать из воздуха углерода диоксид и кислород и в дальнейшем взаимодействовать с лекарственными веществами, материалом используемой упаковки, вызывая миграцию ионов металлов, или являться средой для развития микроорганизмов. Поэтому наиболее предпочтительным является использование свежеприготовленной воды. Более надежное хранение гарантируется специальными системами («петли циркуляции»), выполненными из инертного материала, в которых вода находится при высокой температуре (80-95 0С) и в постоянном движении (1-3 м/с).
В фармакопеях некоторых стран воду для инъекций подразделяют на:
–воду для инъекций «in bulk» – используемую как растворитель при производстве ПЛС;
–воду для инъекций стерильную – расфасованную в подходящие герметичные контейнеры и стерилизованную тепловой обработкой, которую используют для растворения или разведения субстанций, концентратов или лекарственных средств парентерального применения перед введением.
Для производства иммунобиологических, бактерийных и некоторых инъекционных препаратов не всегда пригодная вода для инъекций, полученная дистилляцией. Поэтому часто возникает необходимость в доочистке воды и получении высокоочищенной воды для инъекций (Aqua valde purificata), т.е. особо
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
чистой, стерильной, апирогенной, свободной от примесей органических и неорганических веществ (удельная электропроводность – не более 1,1 мкСм · см-1 при температуре 200С, содержание общего органического углерода – не более 0,5 мг/л, нитратов – не более 0,00002% (0,2 ррm), тяжелых металлов – не более 0,00001% (0,1 ррm), бактериальные эндотоксины – менее 0,25 МО/мл, общее число жизнеспособных аэробных микроорганизмов – не более 10 в 1 00 мл воды). Ее получают комбинированными методами мембранного разделения (например, методом двойного осмоса с деионизацией и ультрафильтрацией) на специально сконструированном оборудовании. Для обеспечения надлежащего качества такой воды следует использовать валидированные процедуры и регулярный контроль электропроводности и микробной чистоты в процессе производства.
В промышленных условиях получение воды для инъекций и воды очищенной осуществляют методом дистилляции с помощью высокопроизводительных корпусных аппаратов, термокомпрессионных дистилляторов различных конструкций или установок обратного осмоса.
Одним из представителей колонных многокамерных аппаратов являются многоступенчатые дистилляторы. Установки подобного типа бывают различной конструкции. Производительность крупных моделей достигает 10 т/час. Производителями многоступенчатых дистилляционных установок для получения воды очищенной и воды для инъекций (соответствующей требованиям UPS и EP) с системами предварительной очистки исходной воды, модулями деионизации и с системой хранения и распределения апирогенной воды являются не-
мецкие фирмы «Pharmatec GmbH», «Christ Water Technology Group», «Aquainject» «Concept GMP Engineering GmbH & Co. KG», «REMOIN» (Италия), «Luxun International Group» (Китай), научно-производственная компания «Медианафильтр» (Россия) и др.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.15. Общий вид многоступенчатой дистилляционной установки для получения инъекционной воды
Часто применяются трех–шестиступенчатые колонные аппараты с
корпусами (испарителями), расположенными вертикально или горизонтально. Особенностью колонных аппаратов является то, что только первый испаритель нагревается паром, вторичный пар из первого корпуса поступает во второй в качестве греющего, где конденсируется и получается дистиллированная вода. Из второго корпуса вторичный пар поступает в третий – в качестве греющего, где также конденсируется. Таким образом, дистиллированную воду получают из ІІ и ІІІ корпусов (в трехступенчатом дистилляторе). Производительность такой установки до 10 т/ч дистиллята. Качество получаемого дистиллята хорошее, так как в корпусах достаточная высота парового пространства и предусмотрено удаление капельной фазы из пара с помощью сепараторов.
Для обеспечения апирогенности получаемой воды необходимо создать условия, препятствующие попаданию пирогенных веществ в дистиллят. Эти вещества нелетучи и не перегоняются с водяным паром. Загрязнение ими дистиллята происходит путем переброса капелек воды или уноса их струей пара в холодильник. Поэтому конструктивным решением вопроса повышения качества дистиллята является применение дистилляционных аппаратов соответствующих конструкций, в которых исключена возможность переброса капельножидкой фазы через конденсатор в сборник. Это достигается устройством спе-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
циальных ловушек и отражателей, высоким расположением паропроводов по отношению к поверхности парообразования. Целесообразно также регулировать обогрев испарителя, обеспечивая равномерное кипение и оптимальную скорость парообразования, т.к. чрезмерный нагрев ведет к бурному кипению и перебросу капельной фазы. Проведение предварительной водоподготовки путем обессоливания также уменьшает пенообразование и, следовательно, выделение капелек воды в паровую фазу.
На некоторых химико-фармацевтических предприятиях воду для инъекций получают с помощью дистиллятора "Mascarini" (Италия), производительность которого около 1500 л/час. Он обеспечен прибором контроля чистоты воды, бактерицидными лампами, воздушными фильтрами, устройством для удаления пирогенных веществ, а также установкой двойной дистилляции воды производительностью 3000 л/час.
Дистиллятор «Вапоникс» (США) включает комбинацию способов: резкое изменение скорости потока пара, его фильтрование через специальный фильтр с диаметром пор 40 мкм и отделение капель в центробежном поле.
Трехкорпусной аквадистиллятор «Финн-аква» «Finnaqua-300-S-4» (Финляндия) функционирует за счет использования деминерализованной воды и производит четырехкратную ее дистилляцию (рис. 20.16).
8
2
3 3 3
|
5 |
5 |
|
|
|
6 |
6 |
7 |
9
1 4
Рис. 20.16. Устройство аквадистиллятора «Финн-аква»:
1 – регулятор давления; 2 – конденсатор-холодильник; 3 – теплообменник камер предварительного нагрева; 4 – парозапорное устройство; 5 – зона испарения; 6, 7, 8 – труба; 9
– теплообменник
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Принцип работы аппарата заключается в том, что образующийся в нем пар, перед тем как поступить в конденсатор, проходит через компрессор и сжимается. При охлаждении и конденсации он выделяет тепло, по величине соответствующей скрытой теплоте парообразования, которая затрачивается на нагревание охлаждающей воды в верхней части трубчатого конденсатора. Питание аппарата водой осуществляется в направлении снизу вверх, выход дистиллятора – сверху вниз. Производительность дистиллятора до 2,5 т/час. Качество получаемой апирогенной воды высокое, так как капельная фаза испаряется на стенках трубок испарителя.
Нагревание и кипение в трубках происходит равномерно, без перебросов, в тонком слое. Задерживанию капель из пара способствует также высота парового пространства. Недостатками являются сложность устройства и эксплуатации.
Наиболее широко распространенным до последних лет методом получения воды для инъекций была дистилляция. Такой метод требует затрат больш о- го количества энергии, что является большим недостатком. Среди других недостатков следует отметить громоздкость оборудования и большую занимаемую им площадь; возможность присутствия в воде пирогенных веществ; сложность обслуживания и т.д.
Этих недостатков лишены методы мембранного разделения. Новые методы разделения через мембрану, все больше внедряемые в производство, протекают без фазовых превращений и требуют для своей реализации значительно меньших затрат энергии. Эти затраты сопоставимы с минимальной теоретически определяемой энергией разделения.
Мембранные методы очистки основаны на свойствах перегородки (мембраны), обладающей селективной проницаемостью, благодаря чему возможно разделение без химических и фазовых превращений. С развитием мембранной технологии появилась возможность получать стерильную, апирогенную воду с помощью ультрафильтрационных установок. Такие системы очистки имеют стерилизационную установку, ультрафильтрационные мембраны и установку для озонирования воды, а также могут быть использованы УФ-излучатели погруженного и непогруженного типов.
Комбинация методов УФ-облучения и озонирования приводит к фотолизу озона с образованием гидроксильных радикалов, вступающих в реакцию с органическими веществами, включая пирогены, образуя диоксид углерода, воду и незначительное количество других соединений. Кроме того, УФ-облучение
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
предотвращает репликацию ДНК бактерий, а озонирование, благодаря высокому окисляющему потенциалу, способствует уничтожению споровых форм микроорганизмов.
Ультрафильтрационные модули выпускают многие зарубежные фирмы и компании, такие как «Asahi Chemical» (Япония), «Sartorius», «Christ Pharma & Life Science» (Германия), «Hoffmann La Roche» (Швейцария), «Elga» (Великобритания), «Экософт-МО-ФСД-2», «Millipore» (США), «Castagnetti S.R.L», «Tecnologie dell’aequa» (Италия), НПК «Медиана-фильтр» (Россия) и др.
Для получения воды для инъекций в практическом отношении представляют интерес такие обратноосмотические аппараты, так «Osmocarb» (Великобритания), «Джерело-600» (Украина), «Супер-Кью», «Шарья-500М» и др.
В установке «Супер-Кью» (производительностью 720 л/ч) вода пропускается через угольный фильтр, где происходит освобождение от органических веществ; потом – через смешанный слой ионитов; после чего поступает на патронный бактериальный фильтр с размером пор 0,22 мкм. Далее вода поступает на обратноосмотический модуль, где происходит удаление пирогенных веществ. Полученную воду используют для приготовления парентеральных лекарственных форм, а концентрат – как техничную воду или повторно отправляют на очистку.
С использованием принципа мембранной очистки работает установка высокоочищенной воды «Шарья-500М». Производительность ее по питающей воде 500 л/ч. Получаемая после этой установки высокоочищенная вода свободная от механических примесей, органических и неорганических веществ. Она применяется в производстве иммунобиологических бактерийных препаратов и для приготовления парентеральных растворов.
Установка включает блоки предфильтрации, обратного осмоса и финишной очистки. Блок фильтрации предназначен для очистки питьевой водопроводной воды от механических примесей размером 5 мкм и включает один фильтр катионитный и два фильтра угольных, работающих параллельно или взаимозаменяемо.
Блок обратного осмоса работает при давлении не ниже 1,5 МПа (15 атм.). Поступающая на блок вода разделяется после фильтрования на два потока: один из которых проходит сквозь обратноосмотические мембраны, а второй поток, проходящий вдоль поверхности мембраны, и содержащий повышенное количество солей (концентрат) отводится из установки. Для нормальной рабо-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ты данного блока необходимо, чтобы соотношение объемов воды на подаче, сливе и проходящей через мембрану составляло 3:2:1 соответственно. Таким образом, для получения 1 литра высокоочищенной воды необходимо израсходовать приблизительно 3 литра воды водопроводной. При этом скорость слива достаточно высокая, что устраняет вредное влияние концентрированной поляризации на работу установки.
В блоке обратноосмотическом осуществляется очистка воды от растворимых солей, органических примесей, твердых взвесей и бактерий. Качество воды контролируется по удельному сопротивлению.
После блока обратного осмоса вода поступает на блок финишной очистки, включающей деионизацию и ультрафильтрацию. Ионообменная очистка воды осуществляется с помощью последовательно соединенных фильтров – катионного и анионного, за которыми установлен смешанный катионноанионный фильтр, где происходит очистка от оставшихся катионов и анионов. Окончательная доочистка воды проводится в двух ультрафильтрационных аппаратах с полыми волокнами АР-2,0, предназначенных для отделения органических микропримесей (коллоидных частиц и макромолекул).
Более совершенной установкой является установка обратного осмоса системы «Rochem» (Германия), которая позволяет получать воду трех степеней очистки: обессоленную, очищенную апирогенную и высокоочищенную для инъекций. Эта система получения воды позволяет автоматически прокачивать по петле циркуляции каждые 4 часа неиспользованную воду для сохранения ее апирогенности и стерильности.
На некоторых предприятиях используется установка очистки воды «CRUNDFOS» (Англия), которая состоит из нескольких механических дисковых фильтров, керамических фильтров с автоматической промывкой, угольных фильтров, двух узлов смягчения воды, установки обратного осмоса с автопромывкой мембран, рециркуляцией концентрата и очищенной воды, системы фильтрации воды (1 мкм). В состав установки также входят электроионизатор, циркуляционные насосы, ультрафиолетовая система обеззараживания, средства автоматического регулирования и контроля технологических параметров. Производительность установки – 4,7 м3/час. Установка является современной, высокопроизводительной и отвечает требованиям GMP.
Мембранные методы получения воды для инъекций широко используются в мировой практике и признаны экономически выгодными и перспективными.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Вода для инъекций, полученная любым из перечисленных методов, должна отвечать требованиям нормативной документации и быть апирогенной.
20.6.2. Сведения о пирогенности
При парентеральном, особенно при внутрисосудистом введении препаратов, иногда наблюдается быстрое повышение температуры тела до 40ºС. Это явление сопровождается учащением пульса, ознобом, обильным потовыделением, тошнотой и головной болью. В особо тяжелых случаях эти явления прив о- дят к летальному концу. Они связаны с присутствием в растворе пирогенов.
Пирогенностью обладают живые микроорганизмы, продукты их жизнедеятельности (эндотоксины), тела мертвых бактерий, которые могут находиться
врастворах после стерилизации. Пирогенные вещества принято разделять на экзогенные (в основном бактериальные) и эндогенные (клеточно-тканевые). Источником эндогенных пирогенов могут быть лейкоциты и белки крови, которые
вопределенных условиях образуют и выделяют биологически активные вещества с пирогенными свойствами (лейкопирогены).
Схимической точки зрения пирогены – это сложные вещества с молекулярной массой ≈ 10000 – 20000 и размером частиц от 50 до 1 мкм, состоящие в основном из липополисахаридов, адсорбированных на белковом носителе. Пирогены растворимы в воде, нерастворимы в спирте и ацетоне, устойчивы к воздействию повышенной температуры. Нагревание в автоклаве при 120ºС в течение 20 минут приводит к гибели микроорганизмов, но не уничтожает пирогены. Чувствительность пирогенов к высокой температуре различна, а изменение рН водного раствора практически не влияет на их термолабильность. Сухожаровая обработка при 2500С в течение 30 минут приводит к практически полному разложению эндотоксинов, а стерилизация сухим воздухом при 180ºС в течение 3 ч не гарантирует полной апирогенности.
Повышение температуры позволяет сократить время, необходимое для уничтожения пирогенов, так при температуре 600ºС достаточно минутного нагревания, при 450ºС – двухминутного. Процесс термической депирогенизации применим только для объектов, выдерживающих такую жесткую обработку
(ампулы, флаконы и др.). В тоже время при температуре 180 0С снижения концентрации эндотоксинов в воде не происходит, следовательно, освободить от них воду или парентеральные растворы термической стерилизацией практически невозможно. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы концентрация
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
пирогенных соединений еще до обработки объектов была минимальной. Поскольку пирогенные вещества чувствительны к действию окислителей, например, перекиси водорода или перманганата калия, то это свойство используют при санитарной подготовке производства.
Испытание на пирогены является одним из тестов, характеризующих качество и безопасность ПЛС. Поэтому необходимо не только иметь гарантированные методы обнаружения и удаления пирогенных веществ, но предусматривать мероприятия, не допускающие загрязнение ими парентеральных лекарственных средств в процессе их изготовления.
Методы обнаружения пирогенов
Для практических целей, наряду с методами удаления пирогенных компонентов, большое значение имеют методы их обнаружения, которые подраз-
деляют на: химические, физические, биологические.
Химические методы основаны на проведении определенных цветных реакций. Физические методы основаны на измерении электропроводности и полярографических максимумов. Но из-за ряда недостатков первых двух методов чаще всего применяют методы биопроб, которые введены в Фармакопеи различных стран мира.
Биологические методы. До настоящего времени основным и официально принятым во всех странах методом испытания лекарственных средств на наличие пирогенных примесей является метод, основанный на троекратном измерении температуры тела кролика после внутривенного введения исследуемого препарата. Повышение температуры на 0,5ºС или более, согласно требованию фармакопей, считается доказательством наличия пирогенов.
Специальные статьи фармакопей оговаривают условия проведения этого испытания, поскольку факторы – химический (корм), физический (изменение температуры окружающей среды), физиологический (возбуждение животных при анальном измерении температуры) – могут повлиять на результат испытания. И даже при самом строгом соблюдении требований к проведению испытаний невозможно избежать случайных ошибок, связанных с индивидуальной чувствительностью животных к пирогену и препарату, различными климатическими условиями, времени постановки опыта и т.п. Все это может отразиться на показателях температуры, измеряемой с точностью до ±0,1ºС.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Согласно данным различных фармакопей, доза одного и того же препарата в ряде случаев колеблется в широких пределах. Очень часто при равных или весьма близких дозах препаратов объемы вводимых растворов различаются в 5 раз. Отмечено, что наблюдается большой разрыв между дозами для кроликов и человека. Нередко эти дозы различаются в 100-6000 раз. По мнению ученых, изучавших этот вопрос, тест-доза препарата при испытании пирогенности должна подбираться индивидуально, учитывая его фармакологию, переносимость кроликом, и ориентировочно должна составлять 1/10 максимальной суточной дозы для человека.
Требования фармакопей стран Европы к подготовке, схеме постановки испытаний на пирогены и интерпретации результатов имеют ряд существенных отличий от фармакопей других стран мира. Эти отличия касаются, главным образом, надежности теста как гаранта безопасности лекарственного средства, его трудоемкости и экономичности. Сравнительное изучение критериев оценки пирогенности лекарственных средств показывает, что для производства парентеральной продукции, отвечающего принципам надлежащей производственной практики (GMP EC), наиболее «мягкими» являются требования Европейской (2008) и Британской (2001) фармакопей.
В том случае, если производство препаратов парентерального назначения не проводится в соответствие с требованиями GMP, то согласно фармакопеи Украины (2001) воду или раствор лекарственного средства считают апирогенным, если у каждого из трех кроликов не отмечено максимального повышения температуры на 0,50С и более. Если хотя бы у одного кролика наблюдается максимальное повышение температур на 0,5 0С и более, то испытание продолжают на 5-ти кроликах. Если не более как у трех из восьми кроликов отмечены индивидуальные повышения температуры на 0,5 0С и более и если сумма вос ь- ми максимальных температур не превышает 3,3 0С, то испытуемый образец отвечает требованиям на отсутствие пирогенов.
Бактериальные эндотоксины. Кроме приведенных пирогенных веществ, многие фармакопеи выделяют бактериальные эндотоксины, источником которых являются грамотрицательные микроорганизмы. Эндотоксины являются наиболее распространенной причиной пирогенных токсичных реакций, их активность намного выше активности большинства других пирогенных веществ. Бактериальные эндотоксины обладают очень малыми размерами и проходят через самые плотные фильтры с размерами пор от 0,005 до 0,001 мкм.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
По химической структуре эндотоксины являются липополисахаридами. Несмотря на то, что существуют пирогены другой химической природы, обычно именно отсутствие бактериальных эндотоксинов в лекарственном средстве имеют в виду при признании раствора апирогенным. Принято считать, что е сли процесс депирогенизации приводит к разрушению эндотоксинов, то он гарантирует
иотсутствие, как правило, других пирогенов.
Впоследнее время заметное распространение получил метод испытания лекарственных средств на пирогенность in vitro с использованием лизата амебоцитов мечехвоста Limulus polyphemus (ЛАЛ-тест). Добавление раствора с эндотоксинами к раствору лизата, содержащего эндотоксин-связывающий белок, приводит к появлению мути, осаждения или гелеобразования смеси. Скорость реакции зависит от концентрации эндотоксинов, рН и температуры. Концентрацию эндотоксинов можно определить по количеству высвободившегося красителя в реакции лизиса хромогенного пептида в растворе лизата (ЛАЛреактива) после его активизации эндотоксинами.
Выделяют несколько разновидностей ЛАЛ-метода: методы гелеобразо-
вания, турбидиметрический кинетический метод, кинетический метод с использованием хромогенного пептида и метод конечной точки с применением хромогенного пептида. Методы гелеобразования подразделяют на метод А и В. С помощью метода А определяют граничную концентрацию эндотоксинов (в МЕ на 1 мл), по методу В – полуколичественное содержание бактериальных эндотоксинов и среднее геометрическое величин концентраций, которое должно быть меньше, чем граничная концентрация.
Эти методы имеют ряд преимуществ перед биологическим испытанием на пирогены: они чувствительнее в 5-10 раз, результат получается быстрее, возможно количественное определение эндотоксина. Кроме того, с его помощью возможен контроль препаратов, которые нельзя испытать на кроликах. Одним из недостатков этого метода является его специфичность в отношении эндотоксинов грамотрицательных бактерий, т.е. опасность не обнаружить наличие в лекарственных средствах пирогенов другого происхождения.
Замена испытания на пирогены на кроликах ЛАЛ-тестом фактически означает использование альтернативного метода, поэтому требует проведения валидации.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Методы удаления пирогенных веществ
Депирогенизацией называют процедуры устранения, разрушения или инактивации пирогенов. Депирогенизации могут подвергаться самые разные объекты (растворители, ПЛС, субстанции, вспомогательные вещества, первичная тара, технологическая посуда и оборудование и т.д.). При таком разнообразии объектов, существует большое количество разных вариантов проведения депирогенизирующей обработки. Обычно способы удаления пирогенов делят на две большие группы. К первой относят методы, приводящие к удалению эндотоксинов с поверхности изделий, оборудования или из растворов. Вторая группа объединяет методы, приводящие к разрушению или инактивации эндотоксинов.
Методы депирогенизации также подразделяются по природе происходя-
щих процессов на: – химические; – энзиматические; – физические.
Из-за возможного взаимодействия компонентов, химический и энзиматический методы мало приемлемы при промышленном изготовлении парентеральных средств. Однако с помощью воздействия химических агентов осуществляют депирогенизацию наружных и внутренних поверхностей оборудования, производственных помещений, трубопроводов и т.п.
Химические методы удаления основаны на взаимодействии пирогенов, как правило, с химическими веществами. Для инактивации эндотоксинов можно воспользоваться обработкой кислотой или щелочью. Гидролиз в кислой или щелочной среде приводит к частичному разрушению молекулы липополисахарида и снижению ее биологической активности. Нагревание или кипячение ускоряет гидролиз, а разрушение молекулы эндотоксина оказывается более глубоким.
Самый простой способ удаления пирогенов с поверхности оборудования, контейнеров, укупорочных средств – это многократное ополаскивание чистой водой (водой для инъекций). Этот способ применим к материалам, не выдерживающим более жесткие обработки, таким как пластмассовые изделия, резиновые пробки и др. Эффективность метода зависит от чистоты воды, кол ичества циклов ополаскивания, адгезивных свойств обрабатываемых материалов и т.д. Применение дезинфицирующих растворов (перекиси водорода, дегмина, неохлора, хлорантоина, АХД 2000, деконекса 50, лизоформина, стериллиума, дезэффекта и др.) не гарантируют в полной мере устранение пирогенных веществ.
Физические методы удаления пирогенов используются для депирогенизации первичной тары, трубопроводов, внутренней поверхности оборудования,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
получения апирогенных лекарственных субстанций, воды для инъекций, парентеральных растворов. Это методы основаны на использовании физических факторов (температуры, радиации, ультрафильтрации, сорбции и т.д.), приводящих к удалению, инактивации или разрушению пирогенов.
Один из самых надежных методов депирогенизации – это термическая обработка объекта, хотя добиться полного удаления пирогенов можно только в жестких условиях. Актуальным этот метод является для обработки термостабильных субстанций (натрия хлорид и др.), стеклянных контейнеров (ампулы, флаконы) при температуре выше 180ºС в сушильно-стерилизационных туннелях или сухожаровых шкафах.
При температуре 1900С разрушение бактериальных эндотоксинов происходит за 65,4 минут и достаточно всего 1,5 минут для разрушения их при температуре 250 0С. В то же время при температуре ниже 180 0С добиться значительного снижения концентрации пирогенов даже за счет увеличения времени экспозиции не возможно.
Для удаления пирогенных веществ из растворов некоторых аминокислот, применяемых для внутривенного вливания, предлагается их автоклавирование при температуре 120ºС в течение 2-3 часов в атмосфере азота.
Для удаления эндотоксинов из растворов довольно широко используется метод ультрафильтрации. Добиться эффективного удаления их можно, используя фильтры с пределом разделения по молекулярному весу 10 000 – 100 000 Дальтон. Столь широкий диапазон определяется специфическими свойствами молекул эндотоксинов. Обычно в растворах они образуют мицеллы с молекулярным весом в 10 000 – 20 000. Если в растворе присутствуют положительно заряженные ионы, то вокруг них образуются очень крупные агрегаты с молекулярной массой более 100 000 Дальтон. Поэтому эффективность ультрафильтрации во многом зависит от свойств раствора и подбирать метод отделения эндотоксинов необходимо индивидуально.
Обычная стерилизующая фильтрация через фильтры с размером пор 0,22 мкм абсолютно неэффективна. Эти фильтры задерживают микроорганизмы, эндотоксины же представляют собой лишь небольшой фрагмент внешней стенки бактерий. На поверхности только одной грамотрицательной бактерии может находиться до 3,5 миллионов молекул эндотоксинов.
Еще один метод депирогенизации парентеральных растворов основывается на явлении адсорбции пирогенов активированным углем, каолином, асбестом,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
целлюлозой и т.п. Количество пирогенных веществ уменьшается после обработки активированным углем или с помощью фильтров на основе активированного угля, при этом эффективность очистки зависит от природы пирогенных веществ. Гранулированный уголь менее эффективен. Уголь, применяемый для очистки растворов, должен быть весьма тщательно очищен, хорошо промыт водой, не содержать пирогенов, и высушен при температуре 2500С в течение 2 ч. Однако обработка растворов активированным углем не всегда приводит к полной депирогенизации. Кроме того, этот метод нельзя применять для очистки растворов лекарственных веществ, легко адсорбируемых углем, например, солей алкалоидов или легко окисляемых, например, аскорбиновой кислоты.
Ряд авторов рекомендует для очистки от пирогенов использовать ионообменные смолы (например, для аминокислот), считая, что они более эффе к- тивны, чем активированный уголь.
Поскольку молекулы эндотоксина отрицательно заряжены, они могут быть удалены из раствора за счет адсорбции на положительно заряженных фильтрах, например на фильтрах из асбеста. Особенно эффективным может быть использование глубинных асбестовых фильтров. К недостаткам метода можно отнести возможность связывания молекул активной субстанции и ограничения по использованию асбеста в фармацевтической производстве.
Депирогенизацию воды можно осуществить путем фильтрования через бактериальные фильтры, например фильтр Зейтца. Размер пор многих бактериальных фильтров такой же, как у фильтра Зейтца, но они не пригодны для удаления пирогенных веществ, поэтому нельзя объяснить эффективность удаления пирогенных веществ только малым диаметром пор. Рекомендуется, чтобы диаметр пор фильтра Зейтца не превышал 2,4 мкм. Фильтр Зейтца задерживает пирогенные вещества из раствора практически на 99,5%, даже когда они находятся в значительном количестве. Обработка раствора активированным углем с последующим фильтрованием через фильтр Зейтца обеспечивает более полное удаление пирогенных веществ.
К методам удаления эндотоксинов можно отнести способ, в котором используется эндотоксин-связывающий белок, выделенный из лизата амебоцитов Лимулюс. Выделенный в чистом виде он представляет собой прекрасный сорбент, специфически связывающийся с эндотоксинами. На основе выделенного белка созданы фильтры и смолы, которые используют для удаления эндотоксинов из парентеральных растворов.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Очень хорошим способом удаления эндотоксинов является обратный осмос. Размеры пор обратноосмотической мембраны настолько малы, что способны пропускать только молекулы воды, задерживая более «крупные» ионы. Вместе с тем данный метод не может считаться абсолютно гарантирующим отсутствие пирогенов.
Кклассическим способам удаления эндотоксинов из воды может быть отнесена и дистилляция, в процессе которой вода дважды проходит через стадии фазового перехода и при точном соблюдении всех параметров процесса получается вода, свободная от пирогенов.
Государственным научным центром лекарственных средств (г. Харьков) совместно с отделом биохимических методов очистки воды АН Украины (Ф.А.Конев, Т.П.Скубко, П.И.Гвоздяк) предложен оригинальный фильтр для получения апирогенной воды. Действие фильтра основано на удерживании микроорганизмов и пирогенов диэлектрическими материалами в электриче-
ском поле, силовые линии которого направлены перпендикулярно к движению потока стерилизуемой жидкости.
Кфизическим методам удаления пирогенов из растворов следует отнести
разрушение их с помощью ультразвука с частотой 2 МГц и интенсивностью 2
Вт/см2 в течение 10 мин. При этом достигается полное разрушение пирогенных веществ.
Для инактивации эндотоксинов может быть использована ионизирующая радиация. Под действием гамма-излучения происходит снижение активности и частичное или полное разрушение молекулы эндотоксина. Однако метод имеет существенные ограничения применения, поскольку приводит к значительным физическим и химическим изменениям обрабатываемых объектов.
20.6.3. Неводные растворители
Для приготовления парентеральных лекарственных форм, кроме воды для инъекций, используют также неводные растворители. Применение этих растворителей позволяет получать растворы из нерастворимых или труднорастворимых в воде веществ, устранять гидролиз биологически активных веществ, пролонгировать терапевтическое действие лекарственных веществ. Неводные растворители обладают различной растворяющей способностью, антигидролизными, стабилизирующими и бактерицидными свойствами. Однако далеко не все неводные растворители могут быть использованы для получения стерильных
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
растворов вследствие их фармакологической активности, токсичности, иногда гемолитического действия. В связи с этим к неводным растворителям предъявляются следующие требования: они не должны обладать острой и хронической токсичностью, вызывать местное раздражающее действие; должны обладать высокой растворяющей способностью с лекарственными веществами; должны быть химически и биологически совместимы; быть устойчивыми при стерилизации; иметь незначительную вязкость. Кроме того, температура кипения должна быть не более 100°С, температура замерзания – не выше +5°С.
По химической природе неводные растворители делятся на несколько групп: жирные масла, одноатомные и многоатомные спирты, простые и сложные эфиры, амиды, сульфоны и сульфоксиды.
Для приготовления парентеральных растворов применяются неводные растворители, как индивидуальные, так и смешанные: водно-глицериновые, водно-пропиленовые, спирто-водно-глицериновые и др. Весьма широко применяются смеси жирных масел с бензилбензоатом, этилолеатом. Смешанные растворители обладают большей растворяющей способностью, чем каждый растворитель в отдельности. Такое явление называется сорастворением, а растворители - сорастворителями. В настоящее время сорастворители широко используются для получения инъекционных растворов труднорастворимых веществ.
Неводные растворители применяются для приготовления парентеральных лекарственных форм, содержащих гормоны, жирорастворимые витамины, антибиотики, камфору, барбитураты и др.
Масла растительные. Масла растительные являются неводными растворителями, применяемыми для приготовления инъекционных препаратов, и после воды являются самыми распространенными растворителями. Парентеральные препараты на основе жирных масел применяют для внутримышечных инъекций и довольно редко – для подкожных.
Растительные масла представляют собой эфиры ненасыщенных жирных кислот, смеси фосфатидов, свободных жирных кислот и др. веществ. Жирное масло содержит липазы, которые в присутствии малейшего количества воды вызывают омыление масла с образованием свободных жирных кислот, поэтому масла должны быть полностью обезвожены. Образующиеся продукты могут взаимодействовать со многими лекарственными и вспомогательными вещест-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
вами, изменяя их свойства, кроме того, окисленные масла раздражают нервные окончания и могут вызвать болевые ощущения.
Это прозрачные слабо окрашенные маслянистые жидкости, маловязкие, без запаха или со слабым запахом, нерастворимые в воде, малорастворимые в спирте, легкорастворимые в эфире, хлороформе, петролейном эфире. Масла, используемые для приготовления стерильных растворов, должны быть получены методом холодного прессования из свежих семян.
При анализе жирных масел определяют их цвет, вкус, запах, растворимость и числовые показатели (кислотное, эфирное, перекисное, гидроксильное, йодное числа, число омыления, определенную вязкость и др.). Жирные масла не должны содержать воду, белок, минеральные и другие посторонние примеси.
К недостаткам масляных растворов следует отнести их относительно высокую вязкость, болезненность инъекций, плохое рассасывание и возможность образования гранулем в месте введения. Для уменьшения вязкости в некоторых случаях добавляют этиловый или этилгликолевый эфир. Растворимость некоторых веществ в маслах увеличивают путем добавления сорастворителей или солюбилизаторов (бензилового спирта, бензилбензоата), которые одновременно повышают и стабильность масляных растворов.
Наиболее широко используется масло персиковое, миндальное, оливковое, подсолнечное, соевое и другие, которые должны быть рафинированными и дезодорированы. Персиковое масло применяется для приготовления инъекционных растворов витаминов (эргокальциферола, ретинола ацетата) гормонов (прогестерона, синэстрола, тестостерона пропионата т др.), камфоры, кризанола, а также взвесей (бийохинола). Менее распространенным является масло оливковое, которое применяется для изготовления 20% раствора камфоры и 2% раствора синэстрола и др.
Все масла, предназначенные для приготовления инъекционных растворов необходимо подвергать предварительной стерилизации при температуре 120°С в течение 2 ч.
Спирты одно- и многоатомные. Одноатомные и многоатомные спирты применяются в качестве неводных растворителей во многих странах мира. Они смешиваются с водой, менее вязки, чем масла, и обладают способностью растворять многие лекарственные субстанции.
Из одноатомных спиртов наибольшее распространение получил этиловый спирт, из многоатомных пропиленгликоль, глицерин и полиэтиленгликоль.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Этиловый спирт при подкожном введении вызывает боль, а затем анестезию; кроме того, он обладает собственным фармакологическим действием, поэтому не может применяться в неразбавленном состоянии. Ввиду хорошей растворимости в нем различных органических веществ этиловый спирт часто применяется в качестве компонента многих растворов для инъекций. В качестве сорастворителя в смеси с водой он применяется для получения инъекционных растворов гидрокортизона, ряда сердечных препаратов: дигитоксина (50% спирта), мефеназина (25% спирта), дигоксина (10% спирта) и др.
Этиловый спирт используется как сорастворитель и консервант в концентрации от 2 до 30 % при изготовлении растворов сердечных гликозидов: конвалатоксина, целанида, эризимина и строфантина К. Этиловый спирт включен в состав смешанных растворителей (используемых для приготовления инъекционных растворов) в Международную фармакопею и фармакопеи ряда зарубежных стран.
Этиловый спирт может использоваться в качестве так называемого промежуточного растворителя. Этот технологический прием используется для приготовления растворов некоторых противоопухолевых препаратов, нерастворимых ни в воде, ни в маслах. С этой целью препараты растворяют в минимальном к о- личестве этилового спирта, смешивают с оливковым маслом (получается эмульсия), затем спирт отгоняется под вакуумом и получается масляный раствор.
При изготовлении некоторых растворов для инъекций используется бензиловый спирт в концентрации 1-10% в качестве сорастворителя. С этой же целью в технологии парентеральных растворов используется и пропиленгликоль (в смеси с водой и добавкой этилового или бензилового спирта). Он является хорошим растворителем для сульфаниламидов, барбитуратов, антибиотиков и других лекарственных веществ. Его используют при получении микрокристаллической суспензии гидрокортизона ацетата 2,5%.
Как солюбилизатор и стабилизатор рекомендован спирт поливиниловый для получения некоторых водных суспензий.
Пропиленгликоль (пропандиол-1,2) представляет собой прозрачную, бесцветную вязкую жидкость, поглощающую влагу из воздуха.
Пропиленгликоль как растворитель самостоятельно применяется ограниченно, например, в препаратах хинидина. Чаще всего используют в виде 4070% водных растворов, а также в смеси с другими сорастворителями (этиловым спиртом, этаноламином, полиэтиленгликолями). Пропиленгликоль является хо-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
рошим растворителем для сульфамидов, барбитуратов, витаминов А и D, антибиотиков, анестезина, алкалоидов в форме оснований и многих других лекарственных веществ.
Растворы, содержащие до 50% пропиленгликоля, используются для внутривенных, свыше 50% - для внутримышечных инъекций. Пропиленгликоль способствует пролонгированию действия ряда лекарственных препаратов.
Глицерин – прозрачная вязкая жидкость с высокой температурой кипения, смешивается с водой и спиртом. Он обладает высокой гигроскопичностью и может поглощать до 40% воды.
Глицерин в концентрации до 30% используется в качестве сорастворителя в смесях с водой или этиловым спиртом. В инъекционных препаратах отечественного производства глицерин в концентрации до 10% применяется как сорастворитель в растворах целанида, випраксина, мезатона, фетанола, дибазола.
Для получения растворов легко гидролизующихся лекарственных веществ предложен сорбит и маннит в концентрации 60% в воде.
Полиэтиленгликоли (ПЭГ), получаемые путем поликонденсации окиси этилена и этиленгликоля, соответствуют общей формуле:
Н–(ОСН2–СН2)n –ОН, где n может изменяться от 2 до 85 и выше.
ПЭГ различаются по средней молекулярной массе. ПЭГ 200, 300, 400, 600 вязкие, бесцветные, прозрачные, умеренно гигроскопичные жидкости со слабым характерным запахом. Они нейтральны, физиологически индифферентны, растворимы в воде и спирте, устойчивы при хранении и не подвергаются гидролизу.
ПЭГ обладает способностью растворять многие лекарственные вещества. В качестве растворителей для парентеральных препаратов применяются низкомолекулярные поликонденсаты, находящиеся при нормальных условиях в жидком состоянии. Чаще всего используется полиэтиленоксид (ПЭО 400), как прекрасный растворитель сульфаниламидов, анестезина, камфоры, бензойной и салициловой кислот, фенобарбитала. Предложен также способ приготовления растворов антибиотиков в стерильном растворе ПЭО 400. ПЭО используется для получения растворов для инъекций производных сарколизина, обладающих выраженной противоопухолевой активностью. ПЭГ 400 используется в препаратах дигоксин, биомицин, левомицетин, пенициллин и др. ПЭГ 200 предложе-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
но использовать для приготовления растворов ванкомицина, фенобарбитала, аскорбината натрия.
В концентрации до 70% применяются для внутримышечных и внутривенных инъекций. Внутримышечное введение их легко переносится, и растворители выводятся из организма больного в течение 24 ч, причем 75-80% удаляется в течение 12 ч.
Простые и сложные эфиры. Эфиры являются менее вязкими, чем масла, и обладают хорошей растворяющей способностью, все чаще используются при приготовлении парентеральных растворов. К ним относятся этиловые эфиры олеиновой, линолевой, линоленовой кислот, октиловый эфир левуленовой кислоты и др.
Бензилбензоат. Бензилбензоат (бензиловый эфир бензойной кислоты) представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, практически нерастворим в воде, смешивается с этиловым спиртом. Значительно увеличивает растворимость в маслах труднорастворимых веществ из класса стероидных гормонов. Кроме того, бензилбензоат предотвращает кристаллизацию веществ из масел в процессе хранения. Смеси бензилбензоата с персиковым маслом (1050%) не оказывают токсического действия. В настоящее время выпускаются следующие масляные растворы гормональных препаратов с добавлением 2030% бензилбензоата: растворы прогестерона, оксипрогестерона, капроната и тестостерона пропионата.
Гликофурол – полиэтиленгликолевый эфир тетрагидрофурфурилового спирта. Представляет собой бесцветную жидкость, растворимую в метаноле, этаноле и глицерине; смешивается с водой в любом соотношении. Используют гликофурол в растворах ацетилхолина и роникола и др.
Изопропилмиристат как растворитель состоит из изопропилмиристата и изопропиловых эфиров других насыщенных кислот. Он используется в качестве индифферентной основы при введении эстрогенов.
Этилолеат – синтетический сложный эфир. Представляет собой продукт этерификации олеиновой кислоты этиловым спиртом. Светло-желтая маслянистая жидкость, нерастворимая в воде; смешивается со спиртом, эфиром, маслами.
Применение этилолеата вместо масел дает возможность исключить ряд технологических операций в процессе приготовления растворов: предварительное обезвоживание масел и их стерилизацию, а также упростить операции фильтрации и ампулирования. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с мас-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
лами: смешивается со спиртом, эфиром, не вызывает побочных явлений, обладает постоянным химическим составом и меньшей вязкостью (так, вязкость оливкового масла при температуре 200С равна 8,03 сПа · с, вязкость этилолеата при той же температуре составляет всего 0,62 сПа · с), а также большей стабильностью при тепловой стерилизации (1500 С в течение 1 часа) Благодаря меньшей по сравнению с растительными маслами вязкости, этилолеат быстрее адсорбируется тканями, является более удобным растворителем.
Этилолеат хорошо растворяет салициловую кислоту, анестезин, пенициллин и ряд других антибиотиков, холестерин, витамины, стероидные гормоны, камфору и др. Установлено, что при внутримышечном введении препарата на этилолеате в отличие от растительных масел наблюдается его быстрое и полное рассасывание.
Однако наличие двойной связи в химическом строении этилолеата способствует его быстрому окислению. Для предотвращения этого процесса предложено добавлять к нему антиоксиданты (α-токоферол, бутилокситолуол и др.) и проводить стерилизацию в атмосфере инертного газа.
Как растворитель для инъекций этилолеат включен в Международную фармакопею, по которой разрешается использовать этилолеат вместо растительного масла. Этилолеат применяется также как сорастворитель в масляных растворах для увеличения растворимости и понижения их вязкости.
Диоксаны и диоксоланы представляют собой продукты взаимодействия глицерина с карбонильными соединениями в присутствии дегидратирующето агента. Наименее токсичный представитель этой группы 2,2-диметил-4- метанол-1,3-диоксолан. Это соединение известно под названием солькеталь, глицерол-диметилкеталь и др.
Солькеталь – бесцветная жидкость, стабильная при хранении, устойчивая к действию щелочей, смешивается с водой, спиртом и другими органическими растворителями. Соединение относительно безвредно, не раздражает оболочки и ткани. Солькеталъ используется при производстве парентеральных растворов некоторых антибиотиков.
Глицероформаль является продуктом конденсации глицерина с формальдегидом и представляет собой смесь 25% З-окси-метил-1,3-диоксолана и 75% 5- оксидиоксолана. Глицероформалъ – бесцветное вещество с невысокой вязкостью, неограниченно смешивается с водой, малотоксичен.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Амиды. Растворители, относящиеся к группе амидов, в препаратах для инъекций применяются в концентрации от 5 до 50%, часто в сочетании с пропиленгликолем, этаноламином.
N, N-диметилацетамид представляет собой прозрачную нейтральную жидкость с температурой кипения 165,5ºС и плотностью 0,493. Для приготовления инъекционных растворов левомицетина, окситетрациклина, тетрациклина используют 50% водный раствор диметилацетамида. Он обладает противовоспалительным действием.
N-β-оксиэтиллактамид – карбоксамид молочной кислоты представляет собой бесцветную прозрачную сиропообразную жидкость, смешивающуюся с водой. Применяется в виде 50% водных растворов, обладает стабильностью, не раздражает ткани. Применяется в инъекционных растворах тетрациклина, причем действие препарата пролонгируется на сутки.
Сульфоксиды и сульфоны. Высокую растворяющую способность имеют диметилсульфоксид и сульфолан. Они обладают незначительной токсичностью, смешиваются со многими растворителями. Предложены для приготовления многих парентеральных препаратов. Среди растворителей класса сульфоксидов и сульфонов наибольший интерес представляют диметилсульфоксид и сульфолан.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.7. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПАРЕНТЕРАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Приготовление раствора включает следующие операции: растворение веществ, изотонирование, стабилизация, введение консервантов, фильтрование. В зависимости от свойств лекарственных веществ некоторые из операций могут быть исключены, например, изотонирование, стабилизация, введение консервантов.
Изготовление растворов для парентерального применения проводят в специальных производственных помещениях С или А/В классов чистоты с соблюдением всех правил асептики. Приготовление водных или невязких растворов проводят массообъемным методом, с использованием герметически закрываемых реакторов из инертных материалов, снабженных рубашкой и перемешивающим устройством. В тех случаях, когда плотность растворителя значительно отличается от плотности воды, используют весовой метод, при котором
илекарственное вещество и растворитель берут по массе. Растворение медленно- или трудно растворяющихся лекарственных веществ ведут при нагревании
иперемешивании.
Растворение веществ предпочтительнее проводить в реакторах из нержавеющей стали с нижним расположением мешалки (турбинной), чтобы исключить возможность попадания в раствор смазочных материалов.
Современные реакторы, используемые для приготовления ПЛС, изготавливают некоторые отечественные производители, но, в основном, зарубежные фирмы, которые хорошо зарекомендовали себя на рынке фармацевтического оборудования («BOSCH» Германия, «Alloy Produkts Group Waukes Wiskonsin»
США, «Лаб&Фарма» Чехия, «KATES» Польща и др.). Такие реакторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты с рубашкой или без нее, эллиптической крышкой и днищем общей вместимостью от 100 до 1000 л, изготовленные из нержавеющей или специальной стали (рис. 20.18). Они снабжены ультразвуковым датчиком уровня жидкости, датчиком измерения температуры раствора, барботером (иногда съемным) и позволяют насыщать раствор инертным газом.
Реакторы, как правило, оснащены автоматизированной системой управления, которая обеспечивает функции предварительной установки необходи-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ |
||||
мых технологических параметров, суммирующего счета воды или раствора, об- |
||||
ратного счета и счета разности установленных значений. |
|
|||
|
Конструкция |
аппарата |
максимально |
|
|
снижает риск микробной контаминации, от- |
|||
|
вечает требованиям GMP и имеет неоспори- |
|||
|
мые преимущества: |
|
|
|
|
1. В цельное дно реактора вмонтирова- |
|||
|
на турбинная мешалка, которая обеспечивает |
|||
|
лучшее растворение действующих веществ за |
|||
|
счет интенсивности перемешивания. Частота |
|||
|
вращения мешалки задается частотным пре- |
|||
|
образователем, что очень важно при раство- |
|||
|
рении труднорастворимых веществ. Такая |
|||
|
конструкция мешалки с электромагнитным |
|||
|
приводом гарантирует отсутствие застойных |
|||
|
зон и скопления продукта, простоту обслужи- |
|||
|
вания и отсутствие непосредственного соеди- |
|||
Рис. 20.18. Конструкция реактор |
нения мешалки с ее приводом, что иногда яв- |
|||
ляется критическим параметром, загрязняю- |
||||
фирмы «BOSCH»: |
щим раствор смазочными материалами. |
|||
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – турбинная |
||||
2. Конструкция реактора имеет ориги- |
||||
мешалка; 4 – электромагнитный привод |
||||
5 – барботер |
нальную рубашку, разделенную специальны- |
|||
ми ребрами таким образом, что пар (хладагент) заполняет ее по спирали, ре- |
||||
зультатом чего является равномерный нагрев (охлаждение) раствора при более |
||||
экономном использовании теплоили хладоносителя. |
|
|
||
3.Еще одним преимуществом таких реакторов является система очистки CIP-SIP («очистка на месте») в виде двух устройств для мойки аппарата (Спрейболл), которые позволяют проводить качественную подготовку аппарата к работе
иэкономно расходовать высокоочищенную воду. У некоторых – предусмотрена дополнительная полировка и осветление внутренней поверхности реактора.
4.Некоторые реакторы оснащены специальными подъемниками сыпучих веществ, облегчая загрузку, и могут работать как при избыточном, так и пониженном давлении.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.7.1. Изотонирование растворов
Среди ПЛС особую группу составляют изотонические, под которыми понимают растворы с осмотическим давлением, равным осмотическому давлению жидкостей организма (плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости и т.д.) Осмотическое давление растворов является следствием теплового движения молекул растворенного вещества, стремящегося занять возможно больший объем. Оно в организме поддерживаются на постоянном уровне действием саморегуляторов. Осмотическое давление плазмы крови в норме держатся на уровне 725,2 кПа или 7,4 атм. Растворы с меньшим осмотическим давлением называ-
ются гипотоническими, с большим – гипертоническими.
При введении большого количества растворов в виде внутрисосудистых вливаний осмотическое давление жидкостей организма нарушается. Объясняется это тем, что клеточные оболочки, обладая свойством полупроницаемости, пропускают воду и препятствуют проникновению многих растворенных в ней веществ. В связи с этим, если клетка снаружи окружена раствором с иным о с- мотическим давлением, чем давление внутри клетки, то происходит движение воды в клетку или из клетки до выравнивания концентрации, т.е. наблюдается явление осмоса.
При введении в кровь гипертонического раствора (Р р-ра > Р внутри клетки) – вода выходит из клетки. Она обезвоживается и наступает явление плазмолиза, при котором эритроциты сморщиваются.
При введении гипотонического раствора (Р р-ра < Р внутри клетки) жи д- кость переходит во внутрь клетки до момента выравнивания концентрации. Клетка разбухает, клеточная оболочка при этом может лопнуть, а клетка погибнуть. Это явление носит название лизис, а для эритроцитов – гемолиз.
Кроме того, внутримышечное и подкожное введение неизотонированных растворов вызывает боль, причем она тем сильнее, чем резче осмотическая разница. Поэтому при внутрисосудистом применении некоторых парентеральных растворов необходимо их изотонирование.
Изотонические концентрации лекарственных веществ в растворах можно рассчитать следующими методами:
−метод, основанный на законе Вант-Гоффа;
−криоскопический метод, основанный на законе Рауля;
−метод эквивалентов лекарственных веществ по натрию хлориду.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
За рубежом пользуются также графическим методом расчета изотонических концентраций, позволяющим по разработанным номограммам быстро, но с некоторой приближенностью определить количество натрия хлорида, необходимое для изотонирования раствора лекарственного вещества.
Метод, основанный на законе Вант-Гоффа. Известно, что 1 моль любо-
го недиссоциирующего вещества занимает в водном растворе при ОоС и давлении 101,3 кПа (760 мм.рт.ст.) 22,4 л. То есть раствор, содержащий в объеме 22,4 л, 1 моль растворенного недиссоциирующего вещества при ОоС имеет осмотическое давление 98 кПа.
Для того чтобы в таком растворе осмотическое давление поднять до давления кровяной плазмы (7,4 атм.), необходимо вместо 1 моля недиссоциирующего вещества растворить 7,4 моля или 1 моль этого вещества растворить в соответственно меньшем количестве воды: 22,4/7,4=3,03 л. В полученный результат необходимо внести поправку, т.к. он верен только для 0 °С (или 273 К по школе абсолютной температуры), а температура тела составляет 37°С (или 310 К). Поэтому 1 моль вещества следует растворять не в 3,03 л, а в несколько
большем количестве воды: |
310 3,03 |
= 3,44 л |
|
273 |
|
Количество молей вещества при этих условиях будет составлять в 1 л раствора 1 : 3,44=0,29. Иначе говоря, чтобы приготовить 1 л изотонического раствора, необходимо взять 0,29 моля лекарственного вещества (неэлектролита) и, растворив в воде, довести объем раствора до 1 л:
m=0,29M или 0,29=m/M, (20.3)
где m – количество вещества, необходимое для приготовления 1л изотонического раствора, г;
0,29 – фактор изотонии вещества-неэлектролита; М – молекулярная масса данного лекарственного вещества.
Пользуясь этой формулой, можно рассчитать изотонические концентрации растворов. Например:
-глюкозы С6Н12О6 – 0,29 · 180=52,2 г/л или 5,22%;
-гексаметилентетрамин (СН2)6N4 – 0,29 · 140=40,6 г/л или 4,06% Фактор изотонии проще выводится из уравнения Клапейрона-
Менделеева: |
|
PV = nRT, |
(20.4) |
где P – осмотическое давление кровяной плазмы, атм.; |
|
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
V – объем раствора, л;
n – число молей растворенного вещества;
R – газовая постоянная, выраженная для данного случая в атмосферолитрах, равная 0,082;
Т – абсолютная температура, К. Отсюда:
n=PV/RT = (7,4 · 1)/(0,082 · 310) = 0,29
Приведенные расчеты верны, если их проводят для неэлектролитов, т.е. вещества, не распадающиеся при растворении на ионы.
Для электролитов нужно учитывать, что они диссоциируют в водных растворах, и их осмотическое давление будет тем больше, чем выше степень диссоциации. Например, вещество в растворе диссоциирует на 100% NaCl = Na+ +Cl–. В данном случае число элементарных частиц, оказывающих давление, увеличивается вдвое. Если раствор хлорида натрия содержит в 1 л 0,29 моля NaCl, то он имеет осмотическое давление не 7.4 атм., а в 2 раза больше. Следовательно, фактор изотоничности 0,29 к электролитам не применим. Он должен быть уменьшен от степени диссоциации. Для этого в уравнение Клапейрона-Мендеелеева вводится коэффициент изотоничности (і), показывающий во сколько раз увеличивается число частиц вследствие диссоциации. Таким образом, уравнение это принимает вид:
|
PV = nRTi; |
n = RV/RTi, |
(20.5) |
откуда |
m = 0,29 M/i. |
(20.6) |
|
Коэффициент і зависит от степени и характера электролитической диссо- |
|||
циации и может быть выражен уравнением: |
|
||
|
|
і= 1+ α (n – 1) |
(20.7) |
где α – степень электролитической диссоциации;
n – число элементарных частиц, образующихся из одной молекулы при диссоциации.
Для различных групп электролитов коэффициент і может быть подсчитан следующим образом.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
1.Для бинарных электролитов с однозарядными ионами типа К+А-
(α=0,86, n=2):
і= 1 + 0,86 (2 –1) = 1,86
2.Для б инарных электролитов с двузарядными ионами типа К2+А2-
(α=0,50; n=2):
і= 1 + 0,50 (2 – 1) = 1,5
3.Для тринарных электролитов типа К2+А2- и К2+А2- (α=0,75; n=3):
і= 1 + 0,75 (3 – 1) = 2,5
4.Для слабых электролитов (борная кислота, лимонная кислота и т.д.):
і= 1,1
Иногда изотоничность растворов достигается с помощью введения других фармакологически индифферентных веществ. Это бывает в тех случаях, когда основное вещество не обеспечивает изотоничности раствора, тогда прибегают к помощи натрия хлорида, натрия сульфата или натрия нитрата и рассчитывают по формуле:
|
|
0,29 ×V |
|
m1 ×i1 |
|
|
|
|
m2 |
|
− |
M2 |
(20.8) |
||||
= |
1000 |
M |
|
i |
2 |
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
где М2 – молекулярная масса дополнительного вещества;
i2 – изотонический коэффициент дополнительного вещества; m1 – количество основного вещества, г;
i1 – изотонический коэффициент основного вещества; М1 – молекулярная масса основного вещества.
При составе парентерального раствора из трех и более компонентов, первоначально рассчитывают какой объем могут изотонировать указанные количества всех веществ. Затем определяют по разности, количество дополнительного вещества, чтобы приготовленный раствор был изотоничным. Осмотическое давление многокомпонентного раствора по закону Дальтона складывается из парциальных осмотических давлений отдельных компонентов.
Изотонические концентрации могут быть рассчитаны и по криоскопи-
ческому методу, основанному на законе Рауля. Закон Рауля определяет зави-
симость температуры замерзания раствора от концентрации электролитов в нем. Понижение точки замерзания прямо пропорционально количеству вещест-
ва, растворенного в данном количестве растворителя: |
|
∆ t = К . С, |
(20.9) |
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
где ∆ t – депрессия (понижение температуры замерзания) раствора, оС; К – криоскопическая константа растворителя; С – концентрация вещества, моль/л.
Изотонические растворы веществ замерзают при одной и той же температуре, т.е. имеют одинаковую температуру депрессии. Температура депрессии сыворотки крови – 0,52оС и, если приготовленный раствор будет иметь депрессию 0,52°, то он будет изотоничен сыворотке крови. Для расчета необходимо знать константы депрессии, предположим 1% растворов лекарственных веществ. Искомую концентрацию изотонического раствора находят по формуле:
x = |
0,52 |
1% |
(20.10) |
|
∆ t |
||||
|
|
|
Например, для глюкозы (депрессия 1% раствора равна 0,1°), тогда: x = 00,52,1 = 5,2%
Общей формулой для расчетов является:
m = |
0,52V |
(20.11) |
|
∆t1 ×100 |
|||
1 |
|
где m1 - количество вещества, необходимое для изотонирования, г; V - объем, в мл;
∆ t1 – депрессия 1% раствора лекарственного вещества.
При расчете многокомпонентных систем пользуются следующими формулами:
– при двух компонентах прописи:
m2 |
= |
(0,52 |
− Δt2 )V |
(20.12) |
|
Δt2100 |
|||||
|
|
|
|||
– при числе компонентов в прописи более двух:
m3 |
= |
[(0,52 − (Δt2 + Δt3 |
+...)]V |
(20.13) |
Δt1100 |
|
|||
|
|
|
|
Наиболее простым и удобным является метод расчета по изотониче-
ским эквивалентам натрия хлорида.
Изотоническим эквивалентом вещества по хлориду натрия называется количество хлорида натрия, создающее в одинаковых условиях осмотическое давление, равное осмотическому давлению 1 г данного лекарственного вещест-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ва. Например, 1 г безводной глюкозы по осмотическому эффекту эквивалентен 0,178 г хлорида натрия. Это означает, что 1 г безводной глюкозы и 0,178 г хлорида натрия изотонируют одинаковые объемы водных растворов. Или, если эквивалент бромида натрия по хлориду натрия равен 0,62, то это означает, что 1 г бромида натрия и 0,62 г хлорида натрия в одинаковых объемах растворов создают одинаковые осмотические давления. Зная эквивалент лекарственного вещества по натрия хлориду, можно определить его изотоническую концентрацию в растворах. В специальных таблицах приводятся изотонические эквиваленты по хлориду натрия для лекарственных веществ. В случае, когда эквивалент лекарственного вещества неизвестен, необходимо пользоваться другими метода расчета.
Осмоляльность и осмолярность парентеральных растворов
Для избежания таких опасных осложнений парентерального введения лекарственных средств как гипо- и гиперосмолярные состояния, нарушение свертываемости крови, образование тромбов и т.д., в последние годы в парентеральных растворах стали определять показатели осмоляльности и осмолярности.
Согласно определению Европейской фармакопеи, осмоляльность (ξm) – это показатель, позволяющий оценить суммарный вклад различных растворенных веществ в осмотическое давление раствора. Осмоляльность выражают в осмолях на килограмм растворителя – осмоль/кг (на практике обычно используется миллиосмоль на килограмм - мосмоль/кг). Осмоль – это соотношение молекулярной массы вещества, деленное на число единиц или ионов, образующихся при его растворении. Расчет осмоляльности водного раствора проводят по формуле:
(20.14)
где v – суммарное число ионов, образующиеся из одной молекулы растворенного вещества в результате диссоциации. Если растворенное вещество не диссоциирует на ионы, то v = 1;
m – моляльность раствора, т.е. число молей растворенного вещества на кг растворителя;
Ф – моляльный осмотический коэффициент, учитывающий взаимодействие между ионами противоположного знака в растворе и зависит от m.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Наряду с понятием осмоляльности на практике используется понятие осмолярности (µ) – как показателя, также позволяющего оценить суммарный вклад различных растворенных веществ в осмотическое давление раствора (обычно выражают в мосмоль/л).
Как видно, оба показатели аналогичны по смыслу и отличаются друг от друга различным способом выражения концентрации растворов на единицу массы (моляльная) или на единицу объема (молярная). Отношение величин осмолярности и осмоляльности можно представить как массо-объемную концентрацию растворителя в растворе, что вытекает из определения этих понятий:
µ |
= Х, |
(20.15) |
ξ |
|
|
где Х – количество растворителя в 1 литре раствора; кг µ - осмолярность раствора, осмоль/л раствора; ξ - осмоляльность раствора, осмоль/кг растворителя.
Для разбавленных растворов, близких к идеальным, значения осмоляльности и осмолярности могут быть рассчитаны теоретически. Однако при повышении концентрации раствора взаимодействие между его частицами возрастает и фактическая осмоляльность (осмолярность) понижается по сравнению с идеальной. Поэтому теоретический расчет осмоляльности (осмолярности) высококонцентрированных растворов, а также растворов веществ с большой молекулярной массой (например, белковых гидролизатов) невозможен. В таких случаях эти показатели определяют экспериментальным путем с помощью осмометров, принцип действия которых основан на измерении снижения температуры замерзания раствора или давления пара над ним. Результаты считаются достоверными, если полученное значение не выходит за пределы значений осмоляльности двух стандартных растворов, использованных для калибровки осмометра. В качестве стандартных растворов используют растворы натрия хлорида.
Понижение температуры замерзания на 1,86°С и понижение давления пара на 40 Па (0,3 мм.рт.ст.) при температуре 25°С соответствует 1 осмолю на килограмм воды. Зависимость между осмоляльностью и понижением температуры замерзания ∆Т выражают соотношением:
ξm = |
|
∆T |
1000 |
(мосмоль/кг) |
(20.16) |
|
1,86 |
||||||
|
|
|
|
|||
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Определение величины осмолярности растворов важно при применении парентерального питания организма (выравнивание грубых нарушений водноэлектролитного и кислотно-щелочного баланса, борьба с угрожающими жизни состояниями: шок, отек мозга и т.д.), когда необходима инфузия в течение 24 часов. Фактором ограничения при парентеральном питании является вводимое количество жидкости, оказывающее воздействие на систему кровообращения и водно-электролитный баланс. С другой стороны, учитывая определенные пределы “выносливости” вен, нельзя использовать растворы произвольной концентрации. Осмолярность около 1100 мосмоль/л (20% раствор сахара) у взрослого человека является верхней границей для введения через периферическую вену.
Осмолярность плазмы крови составляет около 300 мосмоль/л, что соответствует давлению около 780 кПа при 38°С. Эта величина является исходной точкой стабильности инфузионных растворов. Для парентеральных растворов, используемых в медицинской практике, величина осмолярности может колебаться в пределах от 200 до 700 мосмоль/л. Значение осмоляльности (осмолярности) необходимо указывать на этикетках инфузионных растворов.
20.7.2. Стабилизация растворов
При изготовлении и хранении некоторых лекарственных препаратов нередко наблюдается изменение их свойств, протекающее с различной скоростью и степенью проявления. Это связано с уменьшением содержания лекарственных веществ или снижением их фармакологической активности, изменением свойств лекарственных форм и т.д. Подобные изменения влияют на срок годности (хранения) препаратов, который может колебаться от нескольких часов (растворы антибиотиков) или дней (растворы ферментов) до нескольких лет. Вопросам стабильности лекарственных средств в настоящее время уделяется большое внимание.
Протекающие в препаратах процессы можно условно классифицировать на физические, химические и биологические. Условность заключается в их взаимосвязи: химические превращения могут стать причиной изменения физических свойств, в то время как физические изменения становятся причиной нежелательных химических процессов. Биологические же процессы сопровождаются как химическими, так и физическими превращениями.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
К физическим процессам, протекающим преимущественно при хранении, следует отнести укрупнение частиц дисперсной фазы, расслаивание, изменение консистенции, испарение, сублимацию и др.
Химические процессы протекают нередко при изготовлении препарата, особенно при термической стерилизации, и сопровождаются разнообразными химическими реакциями – гидролиз, омыление, окислительновосстановительные процессы, фотохимические и энзиматические превращения, реже наблюдаются полимеризация и изомеризация и др.
Биологические процессы, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов, часто приводят к нежелательным химическим превращениям действующих веществ, иногда – к изменению внешнего вида лекарственной формы.
Стабильность лекарственных препаратов зависит от многих факторов: температуры хранения, освещенности, состава окружающей атмосферы, способа приготовления, т.е. технологии лекарственной формы, вспомогательных веществ, вида лекарственной формы, особенно ее агрегатного состояния, упаковки и др.
Используемые в настоящее время методы стабилизации лекарственных средств – химический и физический, нередко применяются в комплексе, дополняя друг друга. Химические методы основаны на добавлении химических веществ – стабилизаторов, антиоксидантов и консервантов. Физические методы базируются на защите лекарственных веществ от неблагоприятных воздействий внешней среды, применении лекарственных и вспомогательных веществ высокой степени очистки, использовании современного технологического оснащения и результатов научных исследований в технологии лекарственных форм – применение неводных растворителей, обезвоживание препаратов, ампулирование в токе инертных газов и др.
Таким образом, стабильность препарата – это способность биологически активного вещества сохранять физико-химические свойства и фармакологическую активность в течение определенного срока хранения, предусмотренного нормативной документацией.
Химические методы стабилизации. Стабилизация гомогенных дисперсных систем основана на подавлении процесса разложения лекарственных веществ за счет связывания или нейтрализации тех химических соединений, которые активируют деструкцию лекарственного вещества. Такие соединения находятся в растворе в незначительных количествах, либо переходят в раствор из упаковки (стекла) при его технологической обработке (стерилизации) и хранении.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Стабильность парентеральных растворов, в первую очередь, зависит от качества исходных растворителей и лекарственных веществ, класса и марки стекла ампул и флаконов, наличия кислорода в воде и растворах, рН растворов, температуры и времени стерилизации, наличия ионов тяжелых металлов, условий хранения препаратов и т.д. Основной принцип стабилизации препаратов предусматривает максимальное устранение факторов, способствующих изменению лекарственных веществ.
Одним из факторов, влияющих на стабильность многих лекарственных веществ, является первичная упаковка, которая непосредственно контактирует с препаратом.
Влияние качества стекла упаковки на стабильность веществ. Меди-
цинское стекло представляет собой твердый раствор, полученный в результате охлаждения расплавленной смеси силикатов, оксидов металлов и некоторых солей. В зависимости от качественного и количественного соотношения оксидов металлов в стекле различают классы и марки медицинского стекла, обладающие различной химической устойчивостью.
На поверхности стекла ампул или флаконов при контакте с водными растворами во время хранения и, особенно, при тепловой стерилизации в зависимости от его марки и значения рН раствора может происходить процесс выщелачивания или растворения верхнего слоя стекла. Выщелачивание – это выход из стекла преимущественно оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, благодаря высокой подвижности ионов этих металлов по сравнению с высоким зарядом четырехвалентного иона кремния. По этой причине ион натрия даже при комнатной температуре может замещаться другими ионами. При более глубоких процессах выщелачивания ионы щелочных металлов легко перемещаются из внутренних слоев стекла на место ионов, вступивших в реакцию. Выщелачивание из стекла компонентов и их гидролиз ведут к увеличению или уменьшению величины рН раствора. Это приводит к изменениям свойств лекарственных веществ, в основе которых лежат различные химические процессы: гидролиз, окисление, восстановление, омыление, декарбоксилирование, изомеризация и др.
Оптимальная концентрация водородных ионов в парентеральных растворах является существенным стабилизирующим фактором. Она достигается путем добавления стабилизаторов, которые предусмотрены в нормативной доку-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ментации, а также использованием комплекса технологических приемов в процессе приготовления парентеральных растворов.
Стабилизаторы могут замедлять или ускорять нежелательные химические реакции, создавать определенные значения рН растворов, повышать растворимость лекарственных веществ или удерживать последние во взвешенном состоянии. Выбор стабилизатора, в первую очередь, зависит от природы лекарственных веществ.
Среди требований, предъявляемых к стабилизаторам, можно отметить: терапевтическую индифферентность, хорошую растворимость в растворителе, эффективность в применяемых концентрациях, химическую чистоту, доступность.
Несмотря на многообразие и чрезвычайную сложность процессов, проходящих в растворах, лекарственные вещества, требующие стабилизации, можно условно разделить на три группы:
1.Растворы солей, образованных слабыми основаниями и сильными кислотами.
2.Растворы солей, образованных сильными основаниями и слабыми к и- слотами.
3.Растворы легкоокисляющихся веществ.
Механизм действия стабилизаторов Стабилизация растворов солей слабых основание и сильных кислот.
К этой группе относятся растворы солей алкалоидов азотистых и синтетических азотистых оснований (Alc), которые занимают значительное место в ассортименте инъекционных растворов. В зависимости от силы основания растворы имеют нейтральную или слабокислую реакцию. Последняя объясняется гидролизом соли, сопровождающимся образованием слабодиссоциированного основания и сильнодиссоциируемой кислоты, т.е. образующимися ионами гидроксония ОН3+. Это явление усиливается при тепловой стерилизации.
Прибавление избытков ионов ОН3+ (т.е. свободной кислоты) понижает степень диссоциации воды и подавляет гидролиз, вызывая сдвиг равновесия влево:
Alc HCl + H2O → Alc↓ + OH3+ + Cl-
HCl + H2O → OH3+ + Cl-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Уменьшение концентрации ионов ОН3+ в растворе, вследствие щелочности стекла сдвигает равновесие вправо. Нагревание раствора во время стерилизации увеличивает степень диссоциации воды и повышение рН раствора за счет выщелачивания стекла, вызывает усиление гидролиза соли, что приводит к накоплению в растворе труднорастворимого азотистого основания.
В растворах солей очень слабых оснований, малорастворимых в воде, незначительное повышение рН приводит к образованию осадка. Это наблюдается в растворах стрихнина нитрата, папаверина гидрохлорида, дибазола и др. При значительных увеличениях рН раствора (сильно щелочное стекло) иногда наблюдается выделение сильных свободных оснований, например, новокаина.
Если основания алкалоидов являются сильными или хорошо растворимыми в воде, то при повышении рН выделение осадка не происходит (основания – эфедрина, кодеина, пилокарпина). Иногда свободное основание не выпадает в осадок, т.к. способно реагировать со щелочью с образованием растворимых продуктов (морфин, апоморфин, адреналин). Кроме того, в слабощелочной среде данные растворы подвергаются окислению с изменением окраски (раствор морфина желтеет, апоморфина – зеленеет, адреналина – розовеет).
Если алкалоид или синтетическое азотистое основание имеют сложноэфирные или лактонные группировки (атропин, скополамин, новокаин, дикаин), то при нагревании слабощелочных или нейтральных растворов происходит омыление сложного эфира или лактона, сопровождающееся изменением фармакологического действия. Так, после стерилизации растворов новокаина появляется свободная парааминобензойная кислота, благодаря чему рН раствора смещается в кислую сторону. При уменьшении рН до 8 количество разложившегося новокаина в растворе увеличивается до 11%. В литературе отмечаются сообщения о наличии анилина в растворах новокаина после стерилизации, что объясняется декарбоксилированием парааминобензойной кислоты. Применение новокаина с примесью анилина вызывает повышенную болезненность. Аналогичные процессы образования анилиновых производных отмечены также для дикаина.
Выше указанные изменения вызывают необходимость стабилизации растворов многих алкалоидов и азотсодержащих оснований. Большинство из них стабилизируют добавлением 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной, которая нейтрализует щелочь, выделяемую стеклом, и смещает рН раствора в кислую сторону. Это создает условия, препятствующие гидролизу, омылению
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
сложных эфиров, окислению фенольных и альдегидных групп. Количество кислоты, необходимое для стабилизации раствора, зависит от свойств лекарственного вещества. Наиболее часто добавляют 10 мл 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной на 1 литр стабилизируемого раствора, что соответствует образованию 0,001 моль/л раствора кислоты (рН 3-4). Это количество 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной рекомендовано для атропина сульфата, стрихнина нитрата, апоморфина гидрохлорида, кокаина гидрохлорида, дибазола, дикаина и др.
Для получения устойчивого раствора новокаина гидрохлорида для инъекций с концентрацией 0,5-2,0% необходимо добавление 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной до рН 3,8-4,5, что соответствует 3,4-9,0 мл 0,1 моль/л раствора кислоты на 1 литр раствора. Для приготовления стабильного раствора новокаина (1-2%) на изотоническом растворе натрия хлорида следует добавить 5 мл 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной на 1 литр.
Для стабилизации растворов веществ со сложной эфирной группировкой (атропин, новокаин и др.) предложено уменьшение количества 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной до 3-4 мл на 1 литр раствора. Это связано с тем, что подкисление растворов местных анестетиков приводит к уменьшению их фармакологической активности. При снижении рН растворов от 5 до 3,2 активность новокаина падает в 8 раз.
1-5% растворы морфина гидрохлорида стабилизируют добавлением 10-20 мл 0,1 моль/л раствора кислоты хлористоводородной на 1 литр. Как указывалось выше, морфина гидрохлорид и другие алкалоиды с содержанием фенольных гидроксилов при нагревании, особенно в слабощелочной среде, окисляются. Поэтому, для получения устойчивых растворов необходимо добавление антиокислителей (антиоксидантов), т.е. веществ, препятствующих окислению. Добавлением антиоксидантов стабилизируют растворы адреналина гидротартрата и гидрохлорида, норадреналина гидротартрата, этилморфина гидрохлорида.
Стабилизация растворов солей слабых кислот и сильных оснований.
В водных растворах соли слабых кислот и сильных оснований легко гидролизуются, образуя слабощелочную реакцию среды. Это приводит к образованию труднорастворимых соединений, дающих муть или осадок, что недопустимо для инъекционных растворов. Гидролитические процессы усиливаются в кислой среде, которая может создаваться за счет растворения в воде углерода ди-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
оксида. Для подавления реакции гидролиза добавляют 0,1 моль/л раствор натрия гидроксида или натрия гидрокарбоната.
Приготовление раствора натрия нитрита проводят с добавлением 2 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида на 1 литр (рН 7,5-8,2). Более устойчивые растворы натрия тиосульфата, натрия кофеин-бензоата и теофиллина. Раствор натрия тиосульфата имеет среду, близкую к нейтральной, и при незначительном понижении рН разлагается с выделением серы:
Na2S2O3 + 2H2O → H2S2O3 + 2NaOH
↓
H2O + S↓ + SO2↑
Стабильные растворы получают путем добавления 20,0 г натрия гидрокарбоната на 1 литр (рН 7,8-8,4). При изготовлении растворов натрия кофеинбензоата следует добавлять 4 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида на 1 литр (рН 6,8-8,6).
Эуфиллин, являясь комплексной солью очень слабой кислоты (теофиллин) и слабого основания (этилендиамин), легко разлагается в кислой среде, добавление сильной щелочи к раствору эуфиллина также приводит к разложению соли. Для получения стойкого раствора используется эуфиллин сорта «для инъекций» с повышенным содержанием этилендиамина (18-22% вместо 1418%). Вода для инъекций должна быть освобождена от углерода диоксида путем кипячения.
При необходимости оптимальное значение рН раствора поддерживают при помощи буферных растворов, однако, применение их ограничено, т.к. многие из них реагируют с лекарственными веществами в растворе. Буферами и буферными растворами называются растворы, способные сохранять почти постоянное значение рН при добавлении к ним кислоты или щелочи в незначительных количествах.
Влияние поверхностно-активных веществ на кинетику химических реакций. Изменение рН среды – не единственный способ защиты лекарственных веществ от гидролиза. В последнее время появились работы по изучению влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на кинетику химических реакций. Показано, что неионогенные и анионактивные ПАВ тормозят, а катионактивные ПАВ ускоряют процесс гидролиза целого ряда лекарственных веществ. Установлено, что в присутствии ПАВ уменьшение или увеличение скорости
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
реакции обусловлено образованием мицеллоассоциатов молекул ПАВ. Мицеллы ПАВ имеют большие коллоидные размеры и обладают большей объемной емкостью. В пустоты мицелл под влиянием сил межмолекулярного притяжения могут проникать относительно небольшие молекулы лекарственного вещества. Молекулы с гидрофобными свойствами проникают в глубь мицеллы. Гидрофильная молекула занимает положение между отдельными молекулами мицеллы. Гидрофильная молекула лекарственного вещества присоединяется к внешней, наиболее гидрофильной части мицеллы. Образующиеся комплексные соединения обладают большей устойчивостью, чем лекарственные вещества. В связи с этим используют ПАВ для подавления гидролиза лекарственных веществ, например, анестетиков, антибиотиков и др. В каждом конкретном случае использование стабилизаторов требует тщательного изучения при введении их в состав инъекционного раствора.
За рубежом стабильные растворы теофиллина для инъекций получают путем добавления аминопропиленгликоля или диметиламинопропиленгликоля (0,75-1,5 г на 1 г теофиллина). Высокомолекулярные соединения (ВМС) также используют для стабилизации натриевых солей барбитуровой кислоты. Для стабилизации фенобарбитала натриевой соли, этаминал-натрия применяют полиэтиленгдиколь, растворы барбамила предлагают стабилизировать добавлением 5% твина-80.
Используются и другие пути, позволяющие поддерживать рН в растворе без заметных колебаний. Так как ампульное стекло вызывает изменение рН растворов, то с целью повышения химической стойкости ампул используют силиконовые покрытия внутренней поверхности ампул или защищают стекло пластической массой. Однако, силиконизированные и пластмассовые ампулы до сих пор не нашли широкого применения у нас в стране.
Стабилизация растворов легкоокисляющихся веществ. Присутствие кислорода, который находится в растворенном состоянии и в газовом пространстве над раствором в ампуле, является одной из основных причин окисления лекарственных веществ в растворах.
Окислению подвергаются многие лекарственные вещества: производные ароматических аминов и фенотиазина, алкалоиды и азотистые соединения с фенольными оксигруппами и аминогруппами, ряд витаминов, а также другие соединения с подвижным атомом водорода. В процессе окисления образуются неактивные, а иногда и ядовитые продукты. Скорость окислительных процес-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
сов зависит от концентрации кислорода, температуры, рН среды, наличия катализаторов, агрегатного состояния, концентрации веществ в растворе, материала первичной упаковки и т.д.
Весьма важным фактором, влияющим на скорость окисления, как и на процессы гидролиза, является концентрация водородных ионов, которая может изменяться под влиянием различных марок ампульного стекла. Установлено, что нейтральность стекла, в основном, обуславливается содержанием борного ангидрида, процентное содержание которого в ампульном стекле марки НС-3 значительно меньше, чем в немецком, американском, чешском. А так как изменения рН раствора в ампулах стекла НС-3, УСП-1 наименьшие по сравнению с другими марками стекла НС-1, НС-2, АБ-1, то для получения стабильных растворов с легкоокисляющимися веществами целесообразно использовать ампулы 1 класса.
20.7.3. Теории окислительно-восстановительных процессов
Механизм окислительно-восстановительного процесса раскрыт в перекисной теории А.Н.Баха и И.О.Энглера и теории разветвленных цепей Н.Н.Семенова. Согласно теории цепных реакций, окисление развивается путем взаимодействия молекул исходного вещества со свободными радикалами, которые обращаются под влиянием инициирующих факторов. Свободный радикал начинает цепь окислительных превращений. Он реагирует с кислородом, образуя пероксидный радикал, который с другими молекулами легкоокисляющихся веществ образует промежуточный продукт гидропероксид и новый свободный радикал:
|
|
hν, T° |
|||
RH |
|
|
|
|
R′ + H′ |
|
|
|
|||
R′ + O2 |
|
|
|
R-O-O′ |
|
|
|
|
|||
пероксидный радикал
R-O-O′ + RH |
|
R-O-O-H + R′ |
|
гидропероксид алкильный радикал
Гидропероксид распадается с образованием свободных радикалов, которые продолжают процесс окисления новых молекул лекарственного вещества. Процесс принимает характер цепных реакций.
В ходе окисления может наблюдаться разветвление цепной реакции, в результате чего образуется сложная смесь продуктов окисления:
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ROOH 
RO′ + OH′ RO′ + RH 
ROH + R′
OH′ + RH 
H2O + R′
Исходя из вышесказанного, процесс окисления можно замедлить следующими способами:
–ввести вещества, быстро реагирующие с алкильными радикалами;
–ввести соединения, быстро реагирующие с пероксидными радикалами, что снизит скорость образования гидропероксидов и генерирование радикалов;
–ввести вещества, разрушающие гидропероксиды с образованием молекулярных продуктов, не образующих свободных радикалов.
Необходимо отметить, что в фармацевтической технологии ингибиторы, прерывающие цепную реакцию, не применяются, т.к. они эффективны только при полном отсутствии кислорода.
Механизм действия антиоксидантов. Важное значение имеют стабили-
заторы, позволяющие предохранять лекарственные вещества от нежелательного воздействия кислорода, так называемые антиокислители или антиоксиданты (АО). По механизму защиты чувствительных лекарственных веществ различают три группы антиоксидантов:
1. Собственно АО, которые ингибируют окисление, реагируя со свободными радикалами, прерывая цепную реакцию. Они, в основном, используются для стабилизации масляных растворов.
2. Восстановители, которые обладают более высокой способностью к окислению, связывая кислород, тем самым предотвращают нежелательные процессы в растворах. К ним относятся соли сернистой кислоты, органические соединения серы (натрия сульфит, натрия метабисульфит, натрия бисульфит, унитиол, ронгалит, тиомочевина и др.); фенолы, нафтолы, ароматические амины; алкоголи и энолы (хлорбутанол, аскорбиновая кислота и т.д.), имеющие низкий редокс-потенциал.
3. Отрицательные катализаторы или антикатализаторы – вещества,
образующие комплексные соединения с ионами тяжелых металлов, которые провоцируют окислительно-восстановительные процессы. Для стабилизации легкоокисляющихся веществ используют следующие комплексоны: ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота, трилон Б – динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, тетацин-кальций, кальций-динатриевая соль этилен-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
диаминтетрауксусной кислоты, которые хорошо растворимы в воде, термоустойчивы. Подобным действием обладают гидрохинон, маннит, глицерин, 8- оксихинолин и др. Комплексоны являются косвенными антиоксидантами.
По происхождению ингибиторы окисления делятся на: природные и синтетические. Природные АО выделяют из различных частей растений. По химическому строению большинство применяемых на практике природных АО относится к производным полифенолов. По растворимости АО классифицируются на: растворимые в воде и растворимые в маслах.
Требования к АО, применяемым в производстве фармацевтических препаратов:
1.Безвредность в применяемых дозах, отсутствие раздражающего действия, аллергических реакций, как самих АО, так и продуктов их метаболизма и образующихся при воздействии с ними других ингредиентов состава.
2.Эффективность при низкой концентрации.
3.Хорошая растворимость в продуктах, подлежащих защите.
Характеристика группы восстановителей. Восстановители или прямые
антиоксиданты подразделяются на несколько групп:
1. Вещества, препятствующие образованию активных радикалов из гид-
ропероксидов. Механизм их действия: |
|
RO2′ + InH |
ROOH + In′ |
где InH – антиоксидант с подвижным атомом водорода; In′ – малоактивный радикал антиоксиданта.
К наиболее эффективным средствам этой группы относятся фенол, аминофенолы, анальгин, парааминофенол, нафтолы, ароматические амины.
2. Вещества, разрушающие гидропероксиды. Они не останавливают цепной процесс окисления, но, снижая скорость разветвления цепей, замедляют окислительные реакции. Тормозящее действие таких восстановителей тем сильнее, чем выше скорость реакции этих веществ с гидропероксидами. Это соли сернистой кислоты, органические соединения серы (натрия сульфит – Na2SO3, натрия метабисульфит – Na2S2O3, натрия бисульфит – NaHSO3, унитиол, ронгалит, тиомочевина и др.).
Органические соединения, содержащие серу – сильные восстановители, благодаря быстрому окислению серы. Механизм их действия:
ROOH + R′SR 
ROH + R′2SO
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ROOH + R′2SO 
OH + R′2SO2
Негативной стороной этой группы является летучесть и разложение их при стерилизации, которые уменьшаются в среде инертных газов (азота).
3. Вещества, обрывающие цепь окисления по реакции с алкильными радикалами. К ним относят хиноны, нитросоединения, молекулярный йод. Учитывая, что кислород очень быстро реагирует с алкильными радикалами, эти ингибиторы малоэффективны. Они эффективны только при низком содержании кислорода.
Если молекула антиоксиданта содержит несколько функциональных групп, он может оказаться ингибитором смешанного типа, например, реагировать с ROOH и RO ′2. В то же время, одна и та же группа может реагир овать с разными частями, например, фенолы способны взаимодействовать с перекисными и алкильными радикалами.
К восстанавливающим агентам также относятся алкоголи и энолы (хлорбутанол, аскорбиновая кислота и т.д.). Эти вещества имеют низкий редокспотенциал (например, аскорбиновая кислота – 0,34), т.е. обладают большей интенсивностью окислительно-восстановительных процессов и поэтому окисляются быстрее, чем лекарственные вещества, связывая кислород в растворе и в воздушном пространстве над ним. Однако для стабилизации раствора аскорбиновой кислоты необходим антиоксидант с еще более низким редокспотенциалом, например, натрия сульфит (0,19).
Многие работы последних лет подвергли сомнению этот механизм действия антиоксидантов. Современное представление действия ингибиторов окисления связывают и с их способностью реагировать со свободными радикалами или препятствовать разложению гидропероксидов на свободные радикалы.
Характеристика отрицательных катализаторов. Антикатализаторы – вещества, способные образовывать прочные внутрикомплексные водорастворимые соединения с большим числом катионов, которые могут переходить в инъекционный раствор из стекла ампул, аппаратуры или могут присутствовать в лекарственном веществе в качестве примесей.
Как известно, большое влияние на процесс окисления лекарственных веществ оказывает присутствие следов тяжелых металлов, которые являются катализаторами процессов окисления. Ионы тяжелых металлов (Fe3+; Cu+2; Mn+2 и др.) участвуя в цепной окислительно-восстановительной реакции, способны от-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
рывать электроны от присутствующих вместе с ними в растворах различных
ионов, переводя последующие в радикалы: |
|
|
|
|
Cu2+ + RCOO- |
|
|
Cu+ + RCOO- |
|
|
||||
Cu2+ + ROOH |
|
|
R′ |
|
|
|
|||
Образовавшийся радикал может реагировать с кислородом, образуя пероксидный радикал, который далее будет участвовать в цепной реакции по приведенной ранее схеме. Частично восстановленный при этом ион металла может легко окислиться кислородом в первоначальную форму, после чего процесс повторяется:
O2 |
|
||
Cu+ |
|
|
Cu2+ |
|
|||
Именно цепным характером реакции |
объясняется, что каталитическое |
||
воздействие ионов тяжелых металлов проявляется при наличии их в очень малых количествах. Для получения стабильных растворов необходимо избавиться от них. В настоящее время предложены методы очистки от тяжелых металлов путем фильтрации через слой активированного угля и натриевой формы окисленной целлюлозы, а также образованием неактивных комплексов при максимальном координационном числе металлов или в высшем его валентном состоянии.
Для стабилизации легкоокисляющихся веществ используют следующие комплексоны: ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота, трилон Б – динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, тетацин-кальций, кальцийдинатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, которые хорошо растворимы в воде, термоустойчивы. Механизм стабилизирующего действия связан с переводом катионов тяжелых металлов в комплексные, практически недиссоциируемые соединения, не активные по отношению к гидроперекиси. Подобным действием обладают гидрохинон, маннит, глицерин, 8-оксихинолин и др. Комплексоны являются косвенными антиоксидантами.
Стабилизация масляных растворов. Присутствие кислорода приводит к самопроизвольному окислению или аутоокислению многих лекарственных веществ, что особенно характерно для жирорастворимых соединений.
Для стабилизации масляных растворов добавляют жирорастворимые антиоксиданты: бутилокситолуол (БОТ), бутилоксианизол (БОА), α-токоферол, пропилгаллат, аскорбилпальмитат, кислоту нордигидрогваяретовую, кверцетин и их синтетические смеси. Эффективность антиоксидантов этой группы зави-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
сит от исходной концентрации гидропероксидов и других продуктов окисления масла. Предложен надежный способ их удаления путем введения в масло вторичных и третичных аминов гидрохлоридов и гидробромидов с последующей термообработкой (предварительной стерилизацией), что приводит к почти полному разрушению гидропероксидов. Подобное действие оказывают и некоторые лекарственные вещества – аминазина гидрохлорид, димедрол в концентрациях 10-3 – 10-4 моль/л. Для стабилизации масляных растворов гормональных препаратов в последнее время используют растворы бензил-бензоата.
Другие способы химической защиты. Комплексная стабилизация.
Скорость реакции окисления в значительной степени зависит от значения рН раствора, поскольку ионы гидроксила могут оказывать каталитическое действие. Это объясняется тем, что ион гидроксила под влиянием следов тяжелых металлов может превращаться в радикал, который участвует в цепной реакции окисления:
Cu2+ + OH- |
|
|
|
|
Cu+ + OH′ |
||||
|
|
|
|
||||||
OH′ + RH |
|
|
|
|
H2O + R′ |
||||
|
|
|
|
||||||
R′ + O2 |
|
|
|
|
R-O-O′ |
||||
|
|
|
|
||||||
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH′ + H+ |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
Поэтому для замедления процессов окисления во многие растворы легкоокисляющихся веществ для создания оптимального значения рН добавляют буферные смеси или раствор хлористоводородной кислоты.
Возможность окисления (самоокисления) лекарственных веществ пони-
жается с уменьшением концентрации кислорода в растворителе и над раство-
ром. Поэтому растворители, используемые для производства парентеральных растворов, должны быть освобождены от кислорода путем кипячения или насыщения углерода диоксидом или азотом.
Еще одним возможным методом стабилизации легкоокисляющихся ве-
ществ может быть использование высокомолекулярных веществ (полиглюкин,
пропиленгликоль, полиэтиленоксид с низкой молекулярной массой и др.). В среде этих веществ замедляется окисление, что возможно объяснить проникновение низкомолекулярного лекарственного вещества во внутрь молекулы ВМС и, следовательно, уменьшением их реакционной способности.
Окисление может быть уменьшено за счет устранения действия света и температуры. Скорость протекания деструктивных процессов в лекарствен-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ных препаратах увеличивается под влиянием ультрафиолетового излучения. Энергия излучения активирует молекулы или атомы вещества, что в свою очередь вызывает развитие химических реакций, которые могут протекать в газах, твердых веществах и растворах. При поглощении веществом светового излучения определенной волны может происходить ускоренное разложение лекарственных препаратов. Иногда приготовление некоторых лекарственных средств (например, раствора фенотиазина) целесообразно проводить в красном свете или при хранении использовать ампулы из светозащитного стекла.
Скорость разложения зависит также от агрегатного состояния вещества. Известно, что разложение веществ в сухом виде происходит значительно медленнее по сравнению со скоростью разложения веществ в растворах. Более концентрированные растворы окисляются медленнее, чем разбавленные.
Распространенным технологическим способом получения стабильных водных растворов для инъекций является перевод нерастворимого активного вещества в физиологически приемлемую растворимую соль или комплексное соединение.
Большое значение имеет синергизм ингибиторов, когда действие нескольких веществ превосходит сумму эффекта каждого. Синергизм может быть при совместном введении ингибитора, обрывающего цепь окисления, и ингибитора, разрушающего гидропероксиды. Возможна полифунциональность стабилизатора, который может тормозить окисление как за счет возникновения пероксидного радикала, так и путем разложения гидропероксида.
Введение антимикробных консервантов также способствует повышению стабильности многих парентеральных препаратов.
20.7.4. Использование консервантов в производстве препаратов парентерального назначения
Одной из причин снижения качества лекарственных препаратов является их микробная контаминация в процессе производства или применения, что может привести к снижению терапевтического эффекта препарата или развития у больного различного рода нежелательных осложнений. В связи с этим парентеральные лекарственные формы можно применять только при отсутствии в них микроорганизмов, т.е. стерильными. Введение консервантов в растворы проводится в тех случаях, когда сохранение стерильности, по тем или иным причинам, гарантировать нельзя.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Антимикробные вещества, используемые для консервации лекарств, должно обеспечивать безопасность больного и необходимое качество лекарственного препарата. Исходя из этого, к консервантам предъявляются следующие требования:
–широкий спектр антимикробного действия при низких концентрациях;
–хорошая растворимость;
–совместимость с большинством лекарственных и вспомогательных веществ, упаковочными материалами;
–стабильность в широком интервале рН и температуры среды в течение срока годности лекарственного препарата;
–отсутствие влияния на органолептические свойства лекарственного препарата;
–отсутствие способности к образованию устойчивой формы микроорга-
низмов.
Консерванты не должны снижать фармакологическую эффективность действующего вещества или оказывать токсическое, аллергизирующее и раздражающее действие на организм человека.
До настоящего времени не найдено еще не одного химического соединения, которые полностью отвечало бы этим требованиям. Каждый из применяемых консервантов имеет определенные ограничения, поэтому их используют в тех случаях, когда предотвратить контаминацию лекарственных средств другими способами невозможно.
Внастоящее время принято следующая классификация консервантов:
1.Неорганические соединения.
2.Металлоорганические соединения.
3.Органические соединения: спирты; фенолы; органические кислоты; соли четвертичных аммониевых соединений.
Механизмы воздействия консервантов на микроорганизмы очень различны и определяются их химическим строением. Основным результатом при этом является нарушение жизненных функций клетки, в частности, инактивация белковой части клеточных ферментов. В зависимости от степени инактивации наступает либо гибель клетки, либо замедление ее жизненных функций. Скорость и глубина превращений, протекающих при этом, зависит как от физических (температура, концентрация, фазовое состояние, рН среды и т. д.), так и химических факторов.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Немаловажное значение имеет способ фиксации консервантов биологическими средами или объектами, входящими в систему лекарственного средства, в частности, адсорбция на поверхности клетки, на молекулах органических веществ (например, крови), или на мелкодисперсных частицах суспензии. В двух первых случаях явления адсорбции полезно, поскольку представляет собой начальный этап к достижению антимикробного эффекта. В остальных случаях адсорбция приводит к снижению концентрации консерванта в лекарственном препарате, т. е. к ослаблению антимикробной активности.
Адсорбция консервантов элементами упаковки имеет место не только в процессе изготовления лекарств, но и при их хранении. Поэтому при определении эффективных для консервирования концентрации антимикробных веществ должны учитываться потери их активности во времени.
Среди факторов, ослабляющих антимикробное действие консервантов, следует отметить присутствие в лекарственном средстве неионогенных ПАВ, которые образуют комплексы со многими консервантами, снижают их свободную концентрацию и, соответственно, антимикробный эффект.
Для консервирования жидких лекарственных препаратов могут использоваться следующие вещества: бензалкония хлорид, хлорбутол, фенилэтиловый спирт, хлоргексидина диацетат или биглюконат, тиомерсал, сорбиновая кислота, борная кислота, ронгалит, нипагин, нипазол и другие.
Лекарственные средства для внутриполостных, внутрисердечных, внутриглазных или других инъекций, имеющих доступ к спинномозговой жидкости, а также при разовой дозе, превышающей 15 мл, не должны содержать консервантов.
Перспективным подходом к решению проблемы антимикробной защиты лекарственных препаратов является применение комбинации консервантов. Это позволит расширить спектр антимикробного действия, применять их в более низких концентрациях, предупреждать возможность появления мутантов микроорганизмов. Эффективным оказалось применение фенилэтилового спирта (0,4%), ЭТДА (0,05%) в сочетании с бензалкония хлоридом, хлоргексидина ацетатом, хлорбутолом; смеси бензалкония хлорида и хлоргексидина.
Чаще использование консервантов сочетают с методами стерилизации (газовой или стерильной фильтрацией) для приготовления в асептических условиях растворов, не подвергающихся тепловой стерилизации.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Таким образом, выбор консерванта определяется составом лекарственного средства, рН среды, режимом его применения. Только комплексный подход и строгое соблюдение требований GMP к производству стерильной продукции будет способствовать решению проблемы антимикробной защиты лекарственных препаратов.
Растворы целого ряда легкоокисляющихся веществ не могут приобрести необходимую стойкость при использовании какой-то одной формы стабилизации. В этом случае необходимо использовать сочетание стабилизирующих фак-
торов комбинированной защиты.
Для получения стабильных растворов глюкозы (5, 10, 25 и 40%) парентерального назначения следует учитывать возможное присутствие в сырье тяжелых металлов, продуктов окисления и пирогенов. Для удаления недопустимых примесей раствор обрабатывают активированным осветляющим углем марки «А».
При выборе стабилизатора для растворов глюкозы необходимо учитывать полифункциональный характер этого вещества. Глюкоза неустойчива в щелочной среде, под влиянием кислорода образуются оксикислоты и оксиметилфурфурол. Но она неустойчива и в кислой среде – образуется Д-глюконовая кислота и ее лактоны, в результате их окисления образуется 5-оксиметилфурфурол, вызывая пожелтение раствора, что связано с дальнейшей карамелизацией. Поэтому растворы глюкозы стабилизируют реактивом Вейбеля, в состав которого
входят следующие компоненты: |
|
|
NaCl |
– 5,2 |
г |
Кислоты HCl разб. |
– 4,4 мл |
|
Воды для инъекций |
до 1 |
л |
Стабилизатора Вейбеля добавляют к растворам глюкозы в количестве 5% от объема независимо от ее концентрации.
Введение кислоты хлористоводородной к растворам глюкозы предотвращает процессы окисления глюкозы в щелочной среде. Следует отметить, что теоретические вопросы процесса стабилизации глюкозы сложны и еще не достаточно изучены. В настоящее время считают, что натрия хлорид не способствует циклизации глюкозы, а в сочетании с хлористоводородной кислотой создает буферную систему для глюкозы, нестабильной в кислой и нейтральной среде. Для ампулирования растворов глюкозы используют только ампулы, изготовленные из 1 класса стекла.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
К легкоокисляющимся веществам относится аскорбиновая кислота, имеющая ендиольную группу с подвижными атомами водорода. При воздействии кислорода она переходит в 2,3-дикетогулоновую кислоту, лишенную С- витаминной активности. В кислых растворах при рН 1,0-4,0 аскорбиновая кислота разлагается с образованием альдегида фурфурола, что обуславливает желтую окраску. Для стабилизации применяют комплексную защиту: воду для инъекций и раствор освобождают от кислорода, вводят антиоксидант (натрия метабисульфит в количестве 2,0 г на 1 л 5% раствора) и ампулируют его в токе инертного газа.
Для стабилизации 5, 10 и 20% растворов новокаина недостаточно введения кислоты хлористоводородной до рН 3,8-4,5, поскольку в процессе стерилизации происходит интенсивное окисление. Поэтому используют антиоксидан-
ты, а также их комбинации по прописи: |
|
Новокаина |
50,0 или 100,0 |
Натрия (калия) метабисульфита |
3,0 |
Кислоты лимонной |
0,2 |
Раствора 0,1М кислоты хлористоводородной |
10 мл |
Воды для инъекций |
до 1 л |
Приготовление 5% раствора новокаина для спинномозговой анестезии готовят асептически на цитратном буферном растворителе с добавлением в качестве стабилизатора 1,5% поливинола.
Для приготовления стабильного 10% раствора желатина для инъекций учитывают его особенности. Желатин представляет собой высокомолекулярное соединение белковой природы, приготовление которого существенно отличается от других растворов.
Мелкие пластинки желатина заливают водой до набухания, плавят и нейтрализуют 1 моль/л раствором гидроокиси натрия. После охлаждения производят очистку раствора от пирогенов, механических и химических примесей добавлением 3% активированного угля и взбитых белков куриных яиц. Раствор нагревают до 105°С (для частичного разрушения примесей белкового характера и пирогенных веществ), выдерживают 15-20 мин., отстаивают и добавляют стабилизатор NaCl из расчета 0,5%. Натрия хлорид вводят с целью несколько понизить температуру плавления и застудневания желатина. Горячий раствор (~ 90 0С) фильтруют через пластинчатые фильтры и разливают в ампулы. Стери-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
лизуют ампулы с раствором текучим паром при 100°С в течение 20 мин. а затем быстро доводят температуру до 120°С. Данная технология преследует цель – максимально удалить пирогенные вещества и белки с антигенными свойствами при этом сохранить способность к желатинированию (гелеобразованию). Перед введением раствор подогревается до 37°С.
Среди парентеральных препаратов применяются лекарственные формы, представляющие собой гетерогенные системы (эмульсии и суспензии), которые содержат две и более фаз. Стабильность таких систем связана с двумя типами устойчивости:
–седиментационной, характеризующей скорость оседания или всплывания дисперсной фазы;
–агрегативной, выражающейся в постоянстве размера частиц дисперсной фазы и характера распределения этих частиц в дисперсионной среде.
Седиментационная устойчивость выражает стабильность дисперсной фазы по отношению к силе тяжести и зависит от интенсивности теплового движения частиц, влияния на них гравитационного поля и вязкости дисперсионной среды. Седиментационно неустойчивые системы могут быть агрегативно устойчивыми, т.е. при оседании твердых частиц не происходит их укрупнение за счет слипания или, наоборот, агрегативно неустойчивыми, если частицы слипаются друг с другом, образуя крупные хлопья, что ускоряет седиментацию.
Если агрегативная устойчивость утрачивается, взвешенные частицы слипаются друг с другом, образуя крупные агрегаты, что ведет к коагуляции частиц твердой дисперсной фазы. В случае жидкой дисперсной фазы (эмульсии, пены) капельки или пузырьки ее сливаются и процесс называется коалесценцией. При коагуляции или коалесценции утрачивается седиментационная устойчивость системы, в результате происходит разделение фаз. Агрегативная устойчивость зависит от свойств поверхности или поверхностного слоя на границе дисперсной фазы и дисперсионной среды, иначе говоря, она зависит от поверхностной энергии или сил, которые имеют место в поверхностных слоях. На агрегативную устойчивость влияют электростатический барьер, который обусловлен силами отталкивания, и абсорбционно-сольватный барьер, окружающий частицу и препятствующий сближению с другими частицами.
Чтобы повысить стабильность гетерогенных дисперсных систем, применяют стабилизаторы, способные адсорбироваться на поверхности гидрофобных
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
частиц или увеличивать вязкость дисперсионной среды. По принципу действия различают стабилизаторы-эмульгаторы и стабилизаторы-загустители.
К стабилизаторам лекарственных форм гетерогенных дисперсных систем можно отнести производные метилцеллюлозы, пектины, альгинаты, бентонитовые глины, аэросил, твины, спены и ряд других веществ. Нередко с целью снижения количества этих веществ и повышения их активности используют различные сочетания стабилизаторов природного, синтетического и полусинтетического происхождения.
20.7.5. Физические методы стабилизации ПЛС
Физические методы стабилизации также направлены на максимальное устранение факторов, вызывающих или ускоряющих негативные процессы в парентеральных растворах. К технологическим приемам повышения стабильности растворов в ампулах можно отнести:
–изучение и максимальное устранение факторов, способствующих изменению лекарственных веществ;
–обоснованный подбор лекарственной формы, вспомогательных веществ, технологии, обеспечивающих стабильность препарата;
–использование веществ высокой степени чистоты или проведение дополнительной (специальной) очистки исходных веществ или растворителей;
─ покрытие внутренней поверхности первичной тары химически стойкими пленками, лаками и т.д. или использование химически неактивных упаковочных материалов;
─ использование оптимальных методов технологии и режимов термической обработки (стерилизации);
─ изготовление лекарственных препаратов в виде стерильных обезвоженных порошков, из которых готовятся ПЛС перед применением (раздельное ампулирование);
─ предварительное связывание или удаление кислорода из растворителей; ─ технология с применением газовой защиты, суть которой заключается в том, что раствор или растворитель насыщают инертным газом и проводят все
технологические операции в среде газа до герметичной укупорки тары; ─ использование современного технологического оборудования.
Для удаления кислорода из воды можно использовать электролитические, химические и физические методы. Заслуживают внимание некоторые физиче-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ские методы: удаление кислорода кипячением; барботажем инертными газами; распылением воды в вакууме; дистилляция воды в среде углекислого газа или азота. В некоторых случаях возможно использование органических смол для связывания растворенного кислорода.
В условиях промышленного производства парентеральных растворов предварительное связывание кислорода в растворителе нерационально, т.к. на последующих технологических стадиях производства растворов в ампулах снова происходит его насыщение. Поэтому более целесообразно удалять его непосредственно перед заполнением ампул. Одним из способов удаления кислорода является метод, основанный на изменении растворимости газов в жидкостях при различных температурах (от 20°С до 100°С), а также использование водяного пара в качестве инертной среды.
Для удаления кислорода из растворов широко используют газовую за-
щиту или принцип ампулирования растворов в среде инертных газов. В
газовом пространстве и в растворе содержится достаточное количество кислорода, способствующее окислению растворов лекарственного вещества. Для получения стабильных растворов необходимо максимально заменить воздух на инертный газ в ампуле и удалить кислород из раствора, т.к. растворимость газа в жидкости изменяется в широких пределах в зависимости от газа, растворителя, давления и температуры. При этом раствор предварительно насыщается инертным газом, ампулы непосредственно перед заполнением и запайкой продуваются также инертным газом. В качестве инертной среды могут использоваться углекислый газ, азот, аргон.
Таким образом, устойчивость растворов легкоокисляющихся веществ зависит от многих факторов, а их стабилизация осуществляется путем использования различных технологических приемов и соблюдения ряда условий. Но одним из основных условий производства качественной стерильной продукции является создание и обеспечение системы гарантирования качества препаратов за счет выполнения, в первую очередь, принципов и правил надлежащей производственной практики, которая предъявляет требования не только к ведению технологического процесса, но и к системе подготовки лекарственных и вспомогательных веществ, воздушной среды, оборудования, персонала, технологической одежды и т.д., с целью свести к минимуму риск контаминации препаратов
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
микроорганизмами, частицами и пирогенными веществами и таким образом повысить стабильность лекарственных средств для парентерального применения.
20.8. ФИЛЬТРАЦИЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Источники механических загрязнений перентеральных растворов.
Практически загрязнение парентеральных средств может происходить на всех стадиях производства. Загрязнения парентеральных препаратов делят на три типа: химические (растворимые), микробные и механические. Два последних типа загрязнений тесно связаны между собой: часто одинаковы их источники, их одновременно показывает большинство современных приборов, аналогичны и методы борьбы с ними.
Источники возможных загрязнений имеют широкий диапазон. Основными из них являются: воздух производственного помещения, исходное сырье и растворитель, технологическое оборудование, коммуникации, материалы первичной упаковки (ампулы, флаконы, пробки), фильтрующие перегородки, обслуживающий персонал.
Из этих источников в парентеральный раствор могут попасть частицы металла, стекла, резины, пластмасс, угля, волокна асбеста, целлюлозы и т.д. На всех твердых частицах могут быть адсорбированы микроорганизмы.
Степень тяжести неблагоприятных последствий попадания инородных частиц зависит от их размера, природы и количества. Механические включения, находящиеся в парентеральном растворе, могут привести к образованию тромбов, гранулем, аллергических реакций и других патологических явлений. Так, содержащийся в асбесте хризотил может быть причиной злокачественных новообразований. В больших объемах внутривенных вливаний могут содержаться механические включения в виде волокон целлюлозы и частиц пластмасс, которые являются причиной образования микротромбов в легких.
Из вышеуказанного очевидно, что введение в нормативные документы различных стран требований, ограничивающих количества невидимых невооруженным глазом механических частиц, является важным условием, обеспечивающим высокое качество раствора для парентерального применения.
Инструментальный контроль содержания механических примесей в парентеральных растворах стал возможен благодаря использованию оптикоэлектронных приборов. Для количественной оценки содержания механических
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
включений в жидкостях получил распространение метод фильтрации через мембранные фильтры, который применяется и в нашей стране. Основным недостатком данного метода является его трудоемкость и большая погрешность субъективного измерения. Этих недостатков лишен телевизионный метод, благодаря системе PMS фирмы «Millipore» для подсчета и измерения частиц, основанный также на процессе фильтрации.
Более совершенным устройством для определения содержания количества частиц в растворах являются приборы, основанные на кондуктометрическом
ифотоэлектрическом методах регистрации частиц. В нашей стране на основе фотоэлектрического метода разработан счетчик частиц в жидкости типа ГЗ 1. Прибор позволяет измерять частицы диаметром 5-100 мкм.
Фармакопеи большинства стран мира определяют включения в инъекционных и внутривенных инфузионных растворах как посторонние подвижные нерастворимые частички, за исключением пузырьков газа, присутствующие в растворах, и подразделяет их на видимые и невидимые включения.
Для контроля невидимых частиц механических включений рекомендуют использование прибора, действие которого основывается на принципе светоблокирования с автоматическим измерением количества и размера частиц. Для выявления видимых частиц используют устройство визуальной оценки, состоящее из черного и белого матового экрана и источника света. Для установления природы частиц и их характеристик применяют метод микроскопии, который может указать на возможный источник загрязнения. Допускается также
идругие валидированные методы определения механических частиц в растворах для парентерального применения, указанные в соответствующих нормативных документах.
Итак, нормативная документация предъявляет высокие требования к чистоте парентеральных раствоpов, что достигается, как правило, их фильтрованием.
Взависимости от размера удаляемых твердых частиц различают следующие виды фильтрования:
– ГРУБОЕ – для удаления твердых частиц размером свыше 50 мкм.
– ТОНКОЕ – для удаления твердых частиц и некоторых микроорганизмов размером от 50 до 5 мкм.
– МИКРОФИЛЬТРОВАНИЕ (стерилизующее фильтрование) – для удаления микроорганизмов и других частиц размером от 5-10 мкм до 0,02 мкм.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
–УЛЬТРАФИЛЬТРОВАНИЕ – для удаления пирогенов и микрочастиц размером 0,1- 0,001 мкм.
–ГИПЕРФИЛЬТРАЦИЯ (обратный осмос) – для разделения веществ на молекулярном уровне с молекулярной массой менее 500 и размерами от 0,0001
до 0,001 мкм.
Важнейшей частью любого фильтра является фильтровальная перегородка, которая должна задерживать твердые частицы и легко отделяться от них, обладать достаточной механической прочностью, низким гидравлическим сопротивлением и химической стойкостью. Она не должна изменять физикохимические свойства фильтрата, обеспечивать возможность регенерации, быть доступной и относительно дешевой.
Требования, предъявляемые к фильтрам и фильтрующим материалам для инъекционных и инфузионных раствоpов, значительно выше уже перечисленных. Фильтрующие материалы должны задерживать очень мелкие частицы и микpооpганизмы; иметь высокую механическую прочность, чтобы препятствовать выделению волокон и механических включений; противодействовать гидравлическим ударам и не изменять функциональные хаpактеpистики; не влиять на физико-химический состав и свойства фильтрата; не взаимодействовать с лекарственными, вспомогательными веществами и pаствоpителями; максимально защищать pаствоp от контакта с воздухом; выдерживать параметры тепловой стерилизации.
Фильтровальные материалы перед употреблением должны быть обязательно промыты до полного удаления растворимых веществ, твердых частиц или волокон.
Большую роль в процессе фильтрации играют природа и структура осадка
ифильтровальной перегородки. От этих факторов зависит их порозность, способность сохранять форму и размер пор в процессе фильтрования. Под действием перепада давлений осадки, особенно состоящие из очень мелких частиц, становятся сжимаемыми. Процесс еще больше осложняется при большой степени полидисперсности твердой фазы вследствие отложения мелких частиц в просветах между более крупными. Заметим, что несжимаемыми являются осадки монодисперсные и состоящие из не очень мелких частиц. Большинство реальных осадков обладает свойством сжимаемости, степень которой увеличивается с уменьшением размера частиц. Сжимаемой может оказаться и фильтровальная
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
пеpегоpодка. В связи с этим при выборе фильтра различают процессы фильтрования при наличии несжимаемых и сжимаемых осадков и перегородок.
Вслучае тонкодисперсных суспензий, а также легко дефоpмиpующихся твердых частиц закупорку пор фильтровальной пеpегоpодки и самого осадка часто можно пpедотвpатить путем добавления вспомогательных веществ (в количестве 0,1-0,5, а иногда и до 2%) или определенного расположения слоя последних на пеpегоpодке. Эти вещества (диатомит, перлит, асбест, древесный уголь, силикагель, кизельгур, глина белая, порошок целлюлозы и др.) образуют как бы каркас, препятствующий закупориванию пор. Если добавляемые вещества обладают адсорбционными свойствами (например, силикагель, активированный уголь), то они часто способны задерживать твердые частицы размером до 0,01 мкм. Используемые вещества должны быть, разумеется, химически инертны по отношению к суспензии и неpаствоpимы в ее жидкой фазе, имея при этом узкий фракционный состав (частицы близких pазмеpов).
Выбор фильтрующих перегородок также обуславливается физикохимическими свойствами фильтруемого раствора (растворяющая способность жидкой фазы, летучесть, вязкость, рН среды и др.), концентрацией и дисперсностью твердой фазы, требованиями к качеству фильтрата, масштабами производства и т.д.
Впроизводстве pаствоpов для инъекций и инфузий чаще используют грубое и тонкое фильтрование как основное или пpедваpительное, которое предшествует микpофильтpации и ультрафильтрации.
Фильтрующие пеpегоpодки, используемые для данной цели, могут задерживать частицы, как на поверхности, так и в глубине фильтрующего материала.
Взависимости от механизма задержания частиц различают фильтры глубинные и поверхностные или мембранные.
Глубинное фильтрование. При глубинном фильтровании частицы задерживаются на поверхности и, главным образом, в толще капилляpнопоpистого фильтра. Улавливание частиц происходит за счет механического торможения и удержания в месте пересечения волокон фильтрующей пеpегоpодки; в результате адсорбции на фильтрующем материале или на участке капилляра, имеющего изгиб или неправильную форму; за счет электро-
кинетического взаимодействия. Эффективность фильтра зависит от диаметра, толщины волокна и плотности стpуктуpы фильтра. Этот способ фильтрации целесообразно применять для малоконцентpиpованных суспензий (с объемным
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
содержанием твердой фазы менее 1%, т.к. постепенно происходит закупоривание пор и возрастает сопротивление пеpегоpодки).
Глубинные фильтры производятся из волокнистого и зернистого материала, тканых, спpессованных, спеченных или другим образом соединенных, образующих пористую стpуктуpу.
Пpимеpами волокнистых материалов натурального происхождения могут служить шесть, шелк, хлопчатобумажные ткани, вата, джут, льняная ткань, асбест, целлюлозное волокно. Среди искусственных волокон можно выделить: ацетатное, акриловое, фторуглеродное, полипропиленовое, стекловолокно, металлическое и металлокерамическое волокно, нейлон, капрон, лавсан. В фармацевтической промышленности, кроме того, используют бытовые и технические ткани: мадаполам, бельтинг, фильтробельтинг, миткаль, фильтромиткаль, хлорин, ткань ФПП, целлюлозная ткань типа «Фильтрак».
Из зернистых материалов наиболее распространены диатомит, перлит, активированный уголь и др. Диатомит получают из кремнеземных панцирей водорослей – диатомей. Перлит – это стекловидная горная порода вулканического происхождения, используется, в основном, для изготовления патронных фильтров. Зернистые материалы нашли свое применение для фильтрования трудно фильтруемых жидкостей (биологические жидкости, pаствоp желатина для инъекций и т.д.).
Глубинные фильтры и пpедфильтpы, содержащие асбестовые и стеклянные волокна, не желательно применять для паpентеpальных pаствоpов из-за возможности выделения вредных для организма или труднообнаруживаемых волокон. Большая поверхность адсорбции может привести к потерям действующих веществ на фильтре, а задержание в порах микpооpганизмов – к их размножению и загрязненности фильтрата. Поэтому рекомендуется такие фильтры эксплуатировать не более 8 часов.
Глубинные фильтры по составу и структуре материала можно сравнить с объемным лабиринтным ситом, которое состоит из чрезвычайно мелких ячеек с тончайшими и бесконечно разветвленными канальцами. Они образуют полую структуру, равную примерно 70-85 % общего объема фильтра, что обеспечивает высокую способность к задерживанию микрочастиц. Фильтрующая перегородка состоит из нескольких слоев с переменной пористостью: средний размер пор уменьшается от периферии к внутренним слоям. Такая структура фильтрующего материала позволяет вести захват микрочастиц по всей глубине пере-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
городки – крупные частицы задерживаются во внешних слоях, а мелкие – в более плотной глубинной области фильтра.
Глубинные фильтры эффективно удаляют большинство частиц и коллоидных загрязнений (98 – 99,9%), обеспечивая высокую скорость протока и стабильно высокий рабочий ресурс при длительных процессах. Преимуществом глубинных фильтров является их высокая грязеемкость при высокой скорости фильтрации и относительно низком давлением, защищая и продлевая срок службы мембранных фильтров, установленных за ними.
Мембранное фильтрование. Поверхностное фильтрование происходит с образованием осадка на поверхности пеpегоpодки. Осадок образует дополнительный фильтрующий слой и постепенно увеличивает общее гидравлическое сопротивление продвижению жидкости. Роль пеpегоpодки, в этом случае, состоит в механическом задержании частиц. К этой группе относятся мембранные (барьерные) фильтры. Различают изотропные или симметричные мембраны (имеющие поры одинакового размера на поверхности, в глубине и на обратной стороне) и анизотропные или асимметричные (как правило, имеют поры, увеличивающиеся в размерах от поверхности к обратной стороне мембраны).
При мембранном или ситовом фильтровании все частицы, имеющие размер больше, чем размер пор фильтра задерживаются на поверхности. Мембранные фильтрующие перегородки чаще изготавливают из полимерных материалов в виде полимерной пленки-матрицы, пронизанной сквозными порами по всей толщине материала. Они не должны содержать волокон и связанных частиц. Мембранные фильтры изготавливаются из целлюлозы, ацетата и нитрата целлюлозы, полиамида, поли(эфир)сульфона и политетрафторэтилена и др. Широкий выбор мембранных фильтров позволяет получать осветленные и стерильные жидкости и газы, от нейтральных водных растворов, неводных растворителей до агрессивных жидкостей (рН 1-14). Заводы-изготовители указывают жидкости, неподлежащие фильтрованию, и предельные значение pH, которые выдерживают данный материал.
Для ситового фильтрования используют мембраны сетчатого типа, называемые ядерными или капиллярно-пористыми. Такие мембраны производят из прочных полимерных материалов (поликарбонат, лавсан и др.), которые подвергают бомбардировке в ядерном реактоpе. Толщина таких фильтрующих пеpегоpодок составляет 5-10 мкм. В настоящее время в фармацевтической про-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
мышленности за рубежом используют мембраны сетчатого типа фирмы «Нуклепор», «Джелман» и др.
Ситовой эффект мембранных фильтров объясняет быстрое засорение их по сравнению с глубинными. Поэтому для фильтрации парентеральных pаствоpов наиболее перспективным является сочетание обоих типов фильтрующих перегородок или системы фильтрации, когда фильтруемый раствор последовательно проходит через мембранные фильтры, имеющие прогрессивно уменьшающийся размер пор. Причем мембранные пеpегоpодки должны применяться в заключительной стадии очистки, главным образом, для освобождения от мелких частиц и микpооpганизмов.
Глубинные и мембранные перегородки конструктивно оформляются в фильтрующие элементы фильтра в виде патронов, капсул, модулей, круглых или прямоугольных пластин (кассет).
20.8.1. Стерилизующая фильтрация
Для удаления из растворов и газов микроорганизмов, а также частиц размером от 5-10 мкм и меньше в промышленном производстве парентеральных растворов используют стерилизующую фильтрацию.
Под стерилизующей фильтрацией понимают освобождение pаствоpов теpмолабильных веществ от микpооpганизмов, их споровых форм и продуктов жизнедеятельности (пиpогенов) с помощью глубинных и мембранных микрофильтровальных пеpегоpодок.
Благодаря механически прочной, однородной и стабильной структуре пор мембранные перегородки чаще всего используются в качестве стерилизующих фильтров. Микpопоpистые мембраны применяются для очистки pаствоpов, содержащих не более 0,1% твердых частиц. Толщина таких мембран – 50-120 мкм, диаметр пор – 0,002-1 мкм. Для удаления пирогенных веществ и микрочастиц размером 0,1 – 0,001 мкм используют ультрафильтрование через микропористые перегородки.
Основное действие микропористых пеpегоpодок, применяемых в этих случаях состоит в адсорбции микpооpганизмов на большой поверхности, образуемой стенками пор фильтра. Адсорбционная способность фильтров может зависеть от вида микpооpганизмов, их концентрации в pаствоpе и условий фильтрования. Стерилизующей фильтрации обязательно предшествует пpедваpительная очистка раствора с помощью глубинных или мембранных фильтров с большим
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
диаметром пор. Пpедфильтpы задерживают мелкие механические частицы и некоторые «крупные» микpооpганизмы.
По конструкции фильтрующего элемента различают дисковые и патрон-
ные фильтры (рис. 20.19).
а б Рис.20.19. Конструкции микропористых фильтрующих перегородок:
а– патронные элементы навитой и гофрированной конструкции различного диаметра
идлины; б – дисковые фильтры
Для увеличения площади фильтрования в патрон (картридж) укладывают один или два слоя гофрированной мембраны с дренажным слоем, которые обеспечивают эффективность фильтрации при высокой скорости и низком давлении. Корпус и концевые детали изготовлены, как правило, из полипропилена, который обеспечивает целостность патрона даже в жестких условиях эксплуатации и термической стерилизации.
Фильтрующие элементы устанавливают в фильтродержатель (рис. 20.20). Требования, предъявляемые к фильтродержателям, имеют важное значение, как для самого процесса фильтрации, так и для обслуживания всей системы. Оптимальная конструкция, стандартизованный материал корпуса и прочные уплотнения; надежность крепления фильтрующего элемента и герметическое соединение; оптимальная форма входа и выхода; сбалансированная пропускная способность корпуса и фильтра, надежность эксплуатации в области допустимого давления, возможность опорожнения и проведение теста на целостность – вот те критерии, по которым оценивается высокое качество фильтродержателей.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
венно сокращает потери продукта. Обладает высокой эффективностью удержания микрочастиц при высокой скорости фильтрации. Возможность промывки и последующей стерилизации допускает многократное использование фильтра до полной выработки ресурса всей фильтрационной поверхности.
Капсульные фильтры обладают рядом преимуществ по сравнению с фильтрующими пластинами и патронами: капсулы не содержат металлических частей, поэтому идеально подходят для растворов, чувствительных к металлу; не имеют уплотнительных колец, их химическая устойчивость определяется лишь свойствами корпуса и фильтрующего материала; фильтрующая поверхность гораздо больше поверхности фильтрующей пластины, при этом капсула может содержать различные фильтрующие элементы, обеспечивая фракционирование; она сразу готова к использованию, не требует затрат для приобретенияфильтродержателя и дополнительных принадлежностей для ее подключения и предварительной подготовки; благодаря небольшому размеру и весу удобны при эксплуатации.
Достоинством фильтра капсульного типа является заключение в одном корпусе двух фильтрующих перегородок с различным диаметром пор и областью фильтрации от 11 до 0,1 мкм, что позволяет проводить предфильтрацию и стерилизующую фильтрацию с помощью одной конструкции капсулы. Такие виды фильтров выпускают компании и фирмы с мировой известностью: «Millipore»
(США), «Sartorius» (Германия), «Nuclepore» и «Dominick Hunter» (Англия) и др.
Фильтрующие элементы, используемые для стерильной фильтрации, разли-
чают по материалу, способу получения пористой пеpегоpодки и ее геометрической форме, структурным особенностям пористого мембранного слояи т.д.
По способу получения мембраны классифицируют на:
–ядерные (из макpомономеpных пленок)
–пленочные (из pаствоpов и расплавов полимеров)
–порошковые
–волокнистые.
Взависимости от используемого материала мембранные фильтры классифицируются на следующие виды:
1. Мембранные фильтры из природных полимеров. Исходным сырьем для их получения являются эфиры целлюлозы. Мембраны этого типа, полученные в форме ленты большой длины, выпускаются в виде плоских дисков. К недостаткам относится их хрупкость, неустойчивость ко всем органическим растворителям (кроме спиртов), ограниченная термостойкость. Поэтому данные мембраны, вы-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
пуск которых был организован ранее других, в настоящее время используются ограниченно. Для фильтрации pаствоpов, приготовленных на органических растворителях, используют мембраны из регенерированной целлюлозы, характеризующиеся устойчивостью в органических средах.
2. Мембранные фильтры из синтетических полимеров. Популярность данных фильтров в настоящее время объясняется их достаточной механической прочностью, эластичностью, термоустойчивостью, стойкостью в различных жидких средах. Микрофильтры из синтетических полимеров получают фазоинверсным методом из раствора полимера или методом контролируемого вытягивания, заключающемся в равномерном растягивании во всех направлениях непористой полимерной пленки, напpимеp, полипропиленовой или фторопластовой. Мембраны из синтетических полимеров широко используются для производства патронных фильтровальных элементов с гофрированной фильтрующей пеpегоpодкой. Изготавливают различные модификации таких мембран, рассчитанных на широкий диапазон фильтруемых объектов.
Так, фирма «Millipore» выпускает мембраны из поливинилидендифторида как с гидрофобными, так и с гидрофильными свойствами, что позволяет использовать их для фильтрации воды, водных pаствоpов и органических сред. Фирмой «Pall» выпускаются двухслойные мембраны из полиамида, обладающие таким уникальным свойством, как природный электрокинетический потенциал, величина которого зависит от pH среды. Положительный заряд мембран способствует удалению из фильтруемых жидкостей отрицательно заряженных частиц. Это важно для освобождения фильтруемых сред от микpооpганизмов и некоторых продуктов их жизнедеятельности, а также микровключений органической природы, т.к. большая часть этих объектов характеризуется отрицательным зарядом. Для фильтрации органических растворителей используются также микрофильтры из политетрафторэтилена, характеризующиеся высокой гидрофобностью. Однако широкое их применение ограничивается сравнительновысокой стоимостью.
К этой группе относятся так называемые трековые или ядерные мембраны, получаемые облучением непористой пленки полимера тяжелыми металлами, ионами или осколками деления с последующим химическим травлением треков. Эти мембраны создавались Институтом экспериментальной и теоретической физики АН России и фирмой «Nuclepore» в США. Ядерные фильтры имеют равномерно распределенные на его поверхности цилиндрические поры. Для того что-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
бы пpедотвpатить возможность слияния двух соседних пор, фирма «Nuclepore» выпускает мембраны, поры которых расположены под углом 34о друг к другу.
Общеизвестно, что скорость течения вязкой жидкости через капилляр обратно пропорциональна его длине. Ядерные фильтры самые тонкие из всех и имеют небольшую длину капилляра.
Ядерные фильтры разрешены Министерством здравоохранения для использования при фильтрационной очистке крови, жидких лекарственных препаратов, pаствоpов белков, вакцин.
3. Волокнистые мембранные фильтры. Получают спеканием полимер-
ных волокон и могут лишь условно быть причислены к мембранным микрофильтрам, поскольку по своей структуре они приближаются к глубинным в о- локнистым фильтрам. Их небольшая толщина ( 20 мкм), к сожалению, не обе с- печивает требуемой эффективности фильтрации по показателю «стерильность».
К относительно новому типу микрофильтров принадлежат мембраны, изготавливаемые в виде полых волокон. Выпускаемые в этих мембранах фильтровальные элементы представляют собой пучки параллельно уложенных и смонтированных в торцевых фланцах пористых капилляров с pазмеpом от 0,1 до 0,45 мкм, что, примерно, в два раза превышает толщину обычных мембран. Но при этом фильтрующая поверхность патрона высотой 250 мм в 2-4 раза больше поверхности традиционных гофрированных фильтр-патронов. Полые волокна получают продавливанием расплава или раствора полимера через насадку определенной формы. Данный тип микрофильтров может быть весьма перспективным для стерилизующей фильтрации, однако он требует дополнительного исследования.
4. Наиболее распространенными являются так называемые пленочные
мембраны глубинного типа с глобулярно-ячеистыми или глобулярно-
фибриллярными порами. Их получают из раствора или расплава полимера с помощью одного из трех методов: сухого, мокрого или смешанного. При сухом формовании растворитель удаляют испарением, при мокром – используют осадитель, при смешанном – частичное испарение и осаждение полимера. Пористую стpуктуpу иногда получают переводом раствора полимера в отвержденное состояние через стадию образования геля. Удаляя низкомолекулярную фазу и сохраняя первоначальный объем, получают твердый продукт с высокой пористостью.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Наиболее распространенными материалами для изготовления мембран глубинного типа являются различные производные целлюлозы, полиамиды, поликарбонаты, политетрафторэтилен. Мембраны глубинного типа примерно в 10 раз толще сетчатых, поэтому количество адсорбированной ими жидкости будет больше. Однако преимуществом данных фильтров является более низкая ск о- рость забивания и, следовательно, большая экономичность, чем у трековых мембран. Мембраны этого типа выпускаются практически всеми фирмами, занимающимися разработкой и производством мембранных фильтров. К широко используемым фильтрам данной группы относятся фильтры «Владипор», «Мифил», «Миллипор», «Сарториус» и др. Институтом физико-органической химии Белоруссии разработаны микрофильтрационные мембраны для стерилизующей фильтрации из капрона. НПП «Экспресс-Эко», ЗАО «Владисарт»и «Сартогосм» (Россия) производят фильтры данного типа для фильтрации растворов и газов.
5.В последние годы появилось большое количество композитных керамических мембран, получаемых методом порошковой металлургии. Керамические мембраны такого типа, как правило, представляют собой трубку с порами порядка 15 мкм, изготовленную из чистого оксида алюминия, с внутренней стороны, которой методом порошковой металлургии или зольно-гелевым способом наносится селективный слой оксида алюминия толщиной 1 мкм с порами от 10 до 0,1 мкм. Керамические мембраны устойчивы в органических и водных средах при различных значениях pH, температур, при перепаде давления и подвергаются pегенеpации. Однако получение стерильных фильтратов ограничено из-за малой толщины селективного слоя.
6.Металлические мембранные фильтры. К ним относятся мембраны из серебра, получаемые методом порошковой металлургии, выпускаются в форме дисков с pазмеpами пор 5; 3,5; 0,8; 0,2 мкм. Преимуществом данных мембран является их бактериостатическое действие. Серебряные мембраны, к сожалению, являются дорогостоящими, поэтому они применяются лишь в исключительных случаях.
Общим недостатком всех мембранных фильтров является их быстрое загрязнение микроорганизмами и вследствие этого, снижение производительности процесса. Предложено несколько способов повышения эффективности фильтрования:
– флоккуляция микрочастиц;
– применение ультразвука;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
– использование предфильтров и фильтров с анизотропной структурой. Флокуляция микрочастиц происходит благодаря присутствию электриче-
ских зарядов на поверхности частиц. Укрупненные флоккулы легко задерживаются на поверхности мембраны; кроме того, концентрационный слой, образованный из них способен задерживать частицы меньших pазмеpов, чем сами флоккулы. Подобное взаимодействие происходит между противоположно заряженными частицами и материалом мембраны.
Применение ультразвука разрушает концентрационный слой на поверхности мембраны, при этом производительность мембран со временем снижается незначительно, что повышает эффективность процесса очистки.
Перспективным направлением борьбы с быстрым забиванием пор является использование предфильтра, фильтрующей системы с последовательно расположенными мембранами с постепенно уменьшающимися размерами пор, а также применение фильтров с анизотропной структурой.
Для предотвращения образования осадка на мембране и закупоривания пор может быть использован метод создания псевдоожиженного слоя над поверхностью фильтра. Для этой цели предложено использовать полистирольные или стеклянные шарики с диаметром 0,3-0,7 мм, при этом проницаемость фильтрата возрастает в два раза.
Существенно повысить производительность процесса позволяет создание тангенциального потока у поверхности фильтра, например, за счет вращения фильтрующего элемента.
Для стерилизующей фильтрации жидких лекарственных препаратов более предпочтительно использовать фильтрование под давлением, чем вакуумное. Создание давления позволяет повысить производительность процесса, предотвращает подтеки внутри системы и направляет конечный стерильный продукт непосредственно в приемный сборник, предупреждая испарение растворителя.
В фармацевтическом производстве для получения препаратов на основе биотехнологии используются такие мембранные методы разделения, как: обратный осмос, ультрафильтрация и гиперфильтрация. Преимуществом перечисленных методов является значительная экономия энергии и легкое регулирование качества получаемого фильтрата.
Из новейших достижений следует отметить фильтры серии «Вайросолв» фирмы «Миллипор», которые представляют собой уникальные наноселективные мембраны, выполненные в виде модулей (для фильтрации в тангенциальном по-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
токе) и капсул (для фильтрации в нормальном потоке). Они позволяют снижать концентрацию вирусов размером от 15 нм на 4-6 порядков, а более крупных ретровирусов – на 8 порядков.
Всоответствие с требованиями GMP при использовании фильтрационных систем в технологических процессах необходима проверка мембранных фильтров, в ходе которой подтверждается надежность фильтровального оборудования
имембран. При использовании систем для стерилизующей фильтрации тестирование на целостность должно проводиться до и после процесса фильтрации. Тестирование основано на физических явлениях, связанных с процессом мембранной фильтрации, и подразделяется на: тест на диффузию и тест на точку пузырька (для гидрофильных фильтров); тест на давление (для гидрофильных и гидрофобных фильтров), водно-интрузионный тест (для гидрофобных фильтров), комбинация тестов (теста на диффузию и теста на точку пузырька).
Входе теста на диффузию в фильтрационную систему со смоченным мембранным фильтром нагнетается сжатый воздух, который растворяется в
жидкости, находящейся в порах мембраны, и выходит на ее обратной стор оне. Под величиной диффузии понимается определенный объем воздуха, необходимый для выдавливания жидкости под давлением за единицу времени. Диффузия поврежденной мембраны превышает заданные параметры.
При проведении теста на точку пузырька в закрытой фильтрационной системе со смоченным мембранным фильтром поэтапно повышается давление до тех пор, пока на выходе системы не появится постоянный воздушный поток. Давление, при котором возможен проход воздуха через мембрану, называется точкой пузырька.
При тесте на давление проверяется герметичность системы в держателе по падению давления в измеряемый промежуток времени, при известных данных об объеме системы на выходе.
В процессе водно-интрузионного теста происходит выдавливание воды через сухой гидрофобный фильтр при определенном давлении. Если значение давления в течение теста остается постоянным, мембрана считается целостной.
Для упрощения проверки мембранных фильтров на целостность разработаны и применяются автоматические, валидируемые и калибруемые тестеры систем с мембранными фильтрами, которые обеспечивают объективный результат с выводом их на дисплей и в виде распечатанного протокола. Приборы для тестирования целостности фильтров производятся известными фирмами и ком-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
паниями: «Sartocheck» фирмы « Sartorius Stedim Biotech» (Германия), «Microcheck» фирмы «CUNO 3M» (Франция, США), модель IT 4 фирмы « Millipore»
(США), тестер «Membra-Check it-01» компании «Donaldson Ultrafilter» и др.
Чистота парентерального раствора во время фильтрования может контролироваться с помощью специальных счетчиков частиц проточного или периодического типа. На отечественных предприятиях этот контроль, к сожалению, осуществляется чаще визуально. За рубежом выпускаются автоматические анализаторы качества растворов для парентерального применения.
После получения удовлетворительных результатов чистоты раствора по всем показателям он передается на стадию наполнения первичной упаковки.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.9. НАПОЛНЕНИЕ И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПЕРВИЧНОЙ УПАКОВКИ
Стадия состоит из следующих операций: наполнение первичных контейнеров раствором, запайка ампул или герметизация других сосудов и проверка ее качества.
20.9.1. Наполнение контейнеров раствором
Операция наполнения проводится в помещениях и зонах А/В или не ниже С классов чистоты с соблюдением всех правил асептики. Фактический объем наполнения контейнеров должен быть больше номинального, чтобы обеспечить нужную дозу (извлекаемый объем) при наполнении шприца. ГФУ устанавливает нормы наполнения сосудов (табл.20.9).
|
|
|
Таблица 20.9 |
|
|
Нормы наполнения ампул и флаконов |
|||
|
|
|
|
|
Номинальный объем, |
Избыточный объем, мл |
|||
Для подвижных жидко- |
Для вязких жидко- |
|
||
мл |
|
|
||
|
стей |
стей |
|
|
|
|
|
||
0,5 |
|
0,1 |
0,12 |
|
1,0 |
|
0,1 |
0,15 |
|
2,0 |
|
0,15 |
0,25 |
|
5,0 |
|
0,30 |
0,50 |
|
10,0 |
|
0,50 |
0,70 |
|
20,0 |
|
0,60 |
0,90 |
|
30,0 |
|
0,80 |
1,20 |
|
50 и более |
|
2 % |
3 % |
|
Оборудование для наполнения ампул
До недавнего времени в технологическом процессе ампулирования применяли два известных способа наполнения ампул: шприцевой и вакуумный.
Шприцевой способ наполнения ампул получил широкое распространение и осуществляется при помощи установок со специальными дозаторами (поршневыми, мембранными и др.). Метод имеет более сложное аппаратурное оформление, чем вакуумный и более жесткие требования к размерам и форме капилляров ампул, но благодаря ряду преимуществ он является более предпочтительным для применения в технологии ампулирования. Особенно эти преимущества сказываются при проведении операций наполнения и запайки в одном автомате.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
К существенным преимуществам шприцевого способа наполнения следует отнести возможность точного дозирования раствора (до 2%) и незначительный промежуток времени между наполнением и запайкой (5-10 с), также позволяет эффективно использовать заполнение свободного объема ампулы инертным газом, значительно удлиняющим срок годности препарата. При наполнении в ампулу вводится только необходимое количество раствора, при этом капилляр ампулы не смачивается раствором, остается чистым, благодаря чему улучшаются условия запайки ампул, особенно это важно для густых и вязких растворов.
При технологии ампулирования в токе инертных газов ампула, подлежащая наполнению, предварительно заполняется газом, вытесняя воздух, затем подается раствор с помощью поршневого дозатора, и вновь – струя инертного газа, после чего ампула тотчас поступает на позицию запайки (рис. 20.21). Раствор при наполнении практически не соприкасается с окружающей средой помещения, что приводит к повышению стабильности многих инъекционных растворов.
Рис. 20.21. Схема работы машины наполнения и запайки ампул линейной конструкции модели АLК 4060:
1 – загрузка ампул; 2 – разъединительный шнек; 3 – сегментированное передаточное колесо; 4 – предварительная обработка инертным газом; 5 – зона наполнения; 6 – дополнительная обработка инертным газом; 7 – зона предварительного нагрева капилляров; 8 – зона запайки; 9 – снимающие захваты; 10 – поперечная подача; 11 – накопитель (разгрузочный магазин).
Недостатком метода является невысокая производительность, которая составляет от 10 до 24 тыс. ампул в час.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В настоящее время создан ряд конструкций дозирующих элементов, работающих без движущих частей, что позволяет полностью предотвратить загрязнение раствора в процессе дозирования. Ряд зарубежных фирм применяют для этой цели перистальтические насосы, различные дозаторы мембранного типа. Ввод дозы в ампулу под давлением позволяет применить при наполнении дополнительную фильтрацию раствора непосредственно в момент наполнения, что дает возможность гарантировать чистоту, а при фильтрации с помощью ультрафильтра – и стерильность раствора в ампуле.
Вакуумный способ до 90-х годов прошлого столетия широко использовался в отечественной промышленности. Этот способ по сравнению со шприцевым, являясь групповым, обладает в 2 раза большей производительностью при невысокой точности дозирования ± 10-15%. С 2011 года вакуумный метод не рекомендован для производства парентеральной продукции.
Вакуумный способ наполнения заключается в том, что ампулы в кассетах помещают в герметичный аппарат, в емкость которого заливают раствор, подлежащий наполнению, и создают вакуум; при этом воздух из ампул отсасывается, и после сброса вакуума раствор заполняет ампулы.
Дозирование раствора в ампулы при вакуумном способе производили с помощью изменения глубины разрежения, т. е. фактически регулируется объем, подлежащий заполнению, при этом сама ампула является дозирующей емкостью. Ампулы с разными объемами заполняются при соответственно созданной глубине вакуума в аппарате.
Для точного наполнения ампул с помощью вакуума предварительно определяют глубину создаваемого разрежения. Обычно на заводах составляли таблицы необходимой степени разрежения в зависимости от атмосферного давления, размеров ампул и требуемого объема наполнения. В тех случаях, когда таких таблиц нет, ампулы наполняли при рабочем разрежении, дающем объем наполнения несколько больше и меньше требуемого, и методом интерполяции рассчитывают его искомую глубину. При рассчитанном значении проводили контрольное наполнение и измеряли объем раствора с помощью калибровочного шприца.
Невозможность точного дозирования раствора является основным недостатком вакуумного способа наполнения. К недостаткам, присущим этому способу, можно отнести также то, что ампулы при наполнении погружаются ка-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
пиллярами в раствор, через него при создании вакуума проходят пузырьки отсасываемого воздуха, и в ампулы попадает только часть раствора, большая часть которого остается в аппарате и после цикла наполнения сливается из аппарата на перефильтрацию. Это приводит к дополнительному загрязнению и неэкономному расходу раствора. Кроме того, при наполнении загрязняются капилляры ампул, в результате чего при запайке образуется нежелательные «черные» головки от пригара раствора на конце капилляра. Недостатком вакуумного способа наполнения является также и то, что после наполнения до проведения операции запайки ампул проходит значительный, по сравнению со шприцевым методом наполнения, интервал времени (более 3 минут), отрицательно сказывающийся на чистоте раствора и создающий дополнительные условия для загрязнения раствора в ампулах механическими частицами и микрофлорой из окружающей среды.
Для освобождения капилляра от остатков раствора или для насыщения пространства ампулы инертным раствором должны применяться дополнительные специальные устройства.
К преимуществам вакуумного способа наполнения ампул, кроме высокой производительности, можно отнести нетребовательность этого процесса к размерам и форме капилляров наполняемых ампул. За рубежом вакуумный способ наполнения ампул применяется только для недорогих препаратов и питьевых растворов.
Полуавтомат типа АП-4М2 для наполнения ампул вакуумным методом (рис.20.22) состоит из корпуса с укрепленной в нем емкостью аппарата, внутри которой имеется ложное дно, удерживаемое на патрубке для подачи раствора. Патрубок снабжён насадкой с боковыми щелями непосредственно над верхней плоскостью ложного днища. Емкость аппарата имеет нижний спуск с клапаном и на боковой стенке – упоры для установки на них кассеты с ампулами. Сверху аппарат закрыт крышкой, имеющей автоматический пневмопривод для ее о т- крывания и закрытия. Нижний спуск выведен в приемную емкость. Для замера вакуума автомат оснащен контактными вакуумманометрами. К емкости аппарата подсоединены трубопроводы питания раствором с вакуумной магистрали цеха. Процесс работы автоматизирован.
Принцип работы аппарата следующий: в емкость устанавливают кассету с ампулами, закрывают крышку и в аппарате создают вакуум, при этом клапаном на нижнем спуске герметизируют аппарат. Подают раствор. Под воздейст-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
вием вакуума раствор струями поступает из щелей насадки и, омывая верхнюю поверхность ложного дна, стекает под ложное дно, смывая туда механические частицы. Затем в аппарате создают требуемое разрежение, соответствующее дозе раствора, заполняемого в ампулу, и гасят вакуум. Оставшийся в аппарате раствор сливается в приемную емкость и идет на перефильтрацию. Производительность полуавтомата – 60 кассет в час. Длительность цикла наполнения 50 с. После наполнения ампул вакуумным способом в капиллярах ампул остается раствор, что мешает качественной запайке и загрязняет инъекционный раствор
продуктами сгорания. |
9 |
3 |
5 |
10 |
8 |
2
11
1 
4
6
7
Рис.20.22. Схема аппарата для вакуумного наполнения ампул (модель АП-4М2):
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – кассета с ампулами; 4 – ложное дно; 5 – патрубок подачи раствора; 6 – клапан нижнего спуска; 7 – емкость для слива раствора из аппарата; 8 – контактный вакуумманометр (наполнение аппарата); 9 – контактный вакуумманометр (дозирование раствора при наполнении ампул); 10 – трубопровод подачи раствора; 11 – вакуумпровод
Раствор из капилляров ампул можно удалить различными способами:
–отсасыванием раствора под вакуумом;
–продавливанием раствора стерильным воздухом или инертным газом (в полуавтомате АП-5М2);
–обработкой струей пара или водой апирогенной.
На некоторых предприятиях Украины для наполнения ампул растворами применяли пароконденсационный способ, разработанный сотрудниками
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ГНЦЛС (г Харьков) на основе параконденсационного способа мойки ампул
(рис.20.23).
|
Охлаждение |
Стерильный воздух или |
|
|
|
|
|
3 |
Нагрев |
Нагрев |
СО2, N2, аргон |
|
|
||
Ультразвук
1
2 |
|
|
|
На упаковку |
||
|
4 |
6 |
|
|
|
|
Ультразвук |
Очищенная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
В схему |
|
7 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Рис.20.23. Принципиальная схема ампулирования инъекционных растворов на основе пароконденсационного способа. Объяснение в тексте.
Ампулы после вскрытия (1) полностью погружали капиллярами вверх в
емкость (2) с водой, снабженную ультразвуковыми излучателями. При воздействии ультразвука ампулы быстро заполняются водой и тут же дополнительно озвучиваются. После этого ампулы переводят в положение «капиллярами вниз» и направляют в камеру, где промывают сначала наружную поверхность душированием (3), а затем внутреннюю пароконденсационным способом. Во время выхода воды из ампул последние подвергают вибрации (4) с целью максимального удаления из них механических частиц. Ампулы после промывки поступают в камеру для дозированного их заполнения раствором пароконденсационным способом (5) и запайки (6). Промывная вода непрерывно фильтруется (7) и возвращается в схему.
Ампулы перед запайкой несколько охлаждают для того, чтобы раствор удалился из капилляров, после чего их концы опускают в емкость с жидкой пластмассой (6) и тут же вынимают; капли пластмассы, удерживаемые на концах капилляров, затвердевают и герметически закупоривают ампулы с раствором.
Отдельные элементы пароконденсационного способа нашли применение при создании автоматизированных линий ампулирования типа АП-30, установ-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ки для термической мойки ампул, непрерывно действующей линии для мойки, сушки и стерилизации флаконов в производстве глазных капель.
После наполнения контейнеров контролируют фактический (извлекаемый) объем раствора. В сосудах вместимостью до 50 мл объем проверяют калиброванным шприцем, в сосудах вместимостью 50 мл и более – калиброванным цилиндром при температуре раствора (20 ± 2) оС. Объем раствора, набранного из ампулы шприцом, после вытеснения из него воздуха и заполнения иглы или после выливания в цилиндр не должен быть меньше номинального объема.
20.9.2. Оборудование для герметизации сосудов
Операция герметизации сосудов является наиболее ответственной в технологическом процессе, поскольку некачественная укупорка флаконов или длительная во времени запайка ампул приведет к браку продукции и весь труд, затраченный на предыдущих операциях, будет сведен на нет.
На сегодняшний день известно два основных способа запайки ампул с использованием газовых горелок:
–оттяжкой капилляров, когда у капилляра ампулы отпаивают с оттяжкой часть капилляра и в процессе отпайки запаивают ампулу.
–оплавлением кончиков капилляров, когда у непрерывно вращающейся ампулы нагревают кончик капилляра, и стекло, размягчаясь, само наплавляет отверстие капилляра.
Для равномерного разогрева капилляра ампулу вращают при запайке. Выбор способа запайки определяется диаметром капилляра. При вакуумном наполнении, когда капилляр ампулы тонкий и хрупкий, наиболее приемлемой технологией был способ запайки оплавлением. При использовании шприцевой технологии наполнения, когда применяют ампулы с широким капилляром или раструбом, используют способ оттяжки части капилляра ампулы.
Способ запайки ампул оплавлением имеет недостатки. В результате оплавления конца капилляра запайка ампул сопровождается наплывом стекла. При значительном наплыве из–за возникающих в стекле напряжений, вызываемых различием скорости остывания стекла, в месте запайке могут образоваться трещины, которые приводят к разгерметизации ампулы. При тонком капилляре запайка сопровождается образованием крючка на конце капилляра, что считается браком. При капилляре большого диаметра оплавление не происходит в
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
полной мере, так как остается капиллярное отверстие в месте запайке. Способ требует, чтобы ампулы были строго одной длины. При разбросе длины ампул больше ± 1 мм качество запайки резко ухудшается, и брак по запайке может быть значителен. При запайке ампул, наполненных концентрированным раствором, образующим пригар – «черные головки», капилляры ампул перед запайкой иногда подвергают промывке. Капилляры промывают с помощью распылительной форсунки, направляющей распыленную воду для инъекций в отверстие капилляров запаиваемых ампул.
Благодаря применению шприцевой технологии мойки и наполнения, запайку выполняют способом оттяжки части капилляра ампул. При этом способе вначале разогревают капилляр непрерывно вращающейся ампулы, а затем отпаиваемую часть капилляра захватывают специальными устройствами и, оттягивая, отпаивают и отбрасывают в отходы (рис. 20.24). В это же время несколько отводят пламя горелки в сторону для пережога стеклянной нити, образующейся в месте отпайки и для оплавления запаянной части. Процесс запайки ведется, как правило, по жесткому временному циклу. В этом случае особо важное значения приобретает вводимая в пламя масса стекла, на которую настраивается горелка запаечного узла. Если в пламя горелки будет введена ампула с массой капилляра, больше, чем масса, на которую настроена горелка, то за отведенный на циклограмме промежуток времени стекло не успеет достаточно разогреться, и захваты при оттяжке соскользнут с капилляра, т.е. такая ампула не запаяется. Если в зону горелки будет введена ампула с массой капилляра, меньше требуемой, ампула разогреется за промежуток времени меньше заданного циклограммой и перегреется, отпаиваемая часть отклонится от оси ампулы, захваты не захватят капилляр, и з апайка не будет выполнена качественно. Для качественной запайки, ампулы специально рассортировывают по диаметру капилляра на группы, и настройку операции запайки выполняют в зависимости от используемой в производстве группы ампул. В хорошо организованном производстве брак при использовании этого способа не превышает 1%.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.24. Схема работы запаечного узла ампул методом оттяжки капилляров:
1 – ампулонаправляющая планка; 2 – центрирующая рейка; 3 – прижимной ролик; 4 – призменные снимающие захваты
Запайка с оттяжкой обеспечивает красивый внешний вид ампулы и высокое качество благодаря одинаковой толщине стенки запаянной части и стенки капилляра ампулы. Последние годы разрабатываются другие способы запайки, обеспечивающие высокое качество и производительность.
Исследователи ищут способ, который был бы нечувствителен к изменениям массы стекла и к геометрическим размерам и форме ампул. Предложены новые схемы процесса запайки, например, проводить операцию запайки с замером температуры стекла в зоне запайки. При достижении пластичности стекла и заданной температуры срабатывают электромуфта и привод щипцов оттяжки, одновременно соленоид отводит горелку. Предлагается специальная головка, в которой под воздействием вращательного момента, передаваемого холодным капилляром на головку, оттяжка капилляра не происходит; по мере нагрева и по достижении пластичности стекла капилляр перестает передавать достаточный вращательный момент и под воздействием гибкого элемента внутри головки, имеющего постоянный и противонаправленный крутящий момент, последняя повернется и даст команду на оттяжку капилляра.
Разработана конструкция для запайки способом оттяжки, автоматически производящая отрыв капилляра при достижении требуемой пластичности стекла в месте его разогрева. Эта конструкция состоит из свободно насаженных на ось щипцов с роликами. Применение роликов благодаря их малой массе значи-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
тельно уменьшает опасность скручивания капилляра в месте запайки в момент размягчения стекла. Система подвижных, поворотных копиров и рычагов обеспечивает автоматический подвод щипцов, захват отпаиваемой части капилляра, его выброс после запайки, отвод и подвод горелки. К щипцам приложен постоянный момент в виде грузика для оттяжки. Противомомент, удерживающий щипцы, достигается за счет разворота осей роликов относительно оси вращающегося капилляра ампулы. По мере размягчения стекла противодействующий момент уменьшается, и щипцы, оттягивая капилляр, отводят горелку. Такая конструкция успешно применяется для запайки пробирок с кетгутом и хирургическим шелком.
Однако применение всех вышеописанных средств при запайке ампул с малым диаметром и тонкими стенками капилляра не дают ожидаемого эффекта, так как последний при механическом воздействии на него средства оттяжки либо скручивается, образуя наплыв стекла в месте запайки, либо разрушаются.
Был разработан способ запайки (рис.20.25) с оттяжкой капилляра под воздействием струй сжатого воздуха (2). Способ лишен указанных недостатков, так как при запайке отсутствует механический контактс капилляром.
Рис. 20.25. Схема воздействия струй сжатого воздуха на капилляр ампулы при запайке:
1 – запаиваемая ампула; 2 – направление струй сжатого воздуха; 3 – отпаиваемая часть капилляра ампулы; 4 – запаянная ампула
Кроме того, появляется ряд новых преимуществ, заключающихся в возможности пневмотранспортировки отходов, увеличении производительности за счет возможности создания закрытой зоны нагрева для капилляра ампулы, упрощения конструкции запаечного узла без движущихся частей и ряд других. Запайка методом оттяжки с помощью струй сжатого воздуха позволяет качественно запаивать капилляры ампул как большого, так и малого диаметра, имеет
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
по своей природе саморегулирующийся процесс нагрева и оттяжки части капилляра ампулы.
Аппарат для запайки ампул типа АП-6М. На автомате системы Резе-
пина ампулы запаивают способом оплавления свободного конца капилляра. Из питателя ампулы поступают в ячейки верхней ветви проходящего под ним непрерывного транспортера. При необходимости в это время капилляры обрызгиваются очищенной водой из распылительной форсунки. Затем ампулы проходят участок подогрева и сушки капилляра и переводятся на нижнюю ветвь, которая перемещает ампулы над запаечной газовой горелкой. При движении в ячейках от трения по неподвижной опоре ампулы приходят во вращение, а конец капилляра, находящийся в пламени горелки, оплавляется. Сбор запаянных ампул производится в кассету, находящуюся слева от машины. По мере заполнения ампулами кассеты постепенно опускаются вниз, освобождая место для установки пустой кассеты, чем достигается непрерывная работа машины. Машина запаивает ампулы вместимостью 1 – 20 мл с производительностью – 7700-19000 ампул в час.
Для укупорки ампул с огне- и взрывоопасными растворами используется запайка нагревом с помощью электрического сопротивления. Капилляр ампулы вводят снизу в электрический нихромовый нагреватель, стекло размягчается, а капилляр оттягивается и оплавляется.
Перспективным методом герметизации стеклянных ампул в современных автоматических линиях ампулирования является лазерная запайка.
В тех случаях, когда нельзя запаивать термическим способом, ампулы укупориваются пластмассой, например, поливинилбутиролом.
Для герметизации контейнеров из полимерных материалов (ампулы, шприц-ампулы и т.д.) используется термический способ.
Контроль герметизации (укупорки или запайки) проходят 100% сосудов,
для определения герметичности которых широко используют 3 метода.
Суть первого метода состоит в том, что кассеты с ампулами (флаконами и т.п.) помещают в вакуум-камеру капиллярами вниз. В камере создают разрежение, при этом из негерметичных сосудов раствор выливается. Такие контейнеры отбраковываются. За рубежом метод известен под названием краш-теста.
Герметичность ампул можно проверить также с помощью окрашенного раствора метиленового синего (0,0005%). Если инъекционный раствор подвергают тепловой стерилизации, то горячие ампулы помещают в емкость с окра-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
шенным раствором. При резком остывании в ампулах создается разрежение и окрашенная жидкость проникает во внутрь негерметичных ампул, которые отбраковываются. Если же парентеральный раствор не подвергают тепловому воздействию, то в аппарате с сосудами, погруженными в окрашенный раствор, создают давление 100±20 кПа, затем его снимают. Ампулы, флаконы и др. с подкрашенным раствором отбраковывают.
Для определения герметичности ампул с масляными растворами используют воду или водный раствор мыла. При попадании такого раствора внутрь ампулы происходит изменение прозрачности и цвета масляного раствора за счет образования эмульсии и продуктов реакции омыления.
Третий метод основан на визуальном наблюдении за свечением газовой среды внутри ампулы под действием высокочастотного электрического поля 2050 мГц. В зависимости от величины остаточного давления внутри ампулы наблюдается разный цвет свечения. Определение проводят при 20°С и диапазоне измерений от 10 до 100 кПа. На этом принципе основана работа высоковольтного детектора герметичности ампул фирмы «Rommelog ag» (Швейцария).
Современным достижением новейших прогрессивных технологий на этапе контроля ампул на герметичность является разработка фирмой «Bausch+Strobel» (Германия) нового автомата, комплектующегося в поточную линию ампулирования.
Автомат (модели HDB III) имеет горизонтальный конвейер, выполненный из непроводящего электрический ток материала (тефлон). Над конвейером расположен генератор высокого напряжения, имеющий 4-е разрядных электрода в виде заостренных стержней, расположенных над краем конвейера. С тыльной стороны конвейера имеется контактная площадка в виде пластины с регулируемым положением, предназначенная для отвода тока. Ампула, проходя в ячейке конвейера между разрядными электродами и отводящей пластиной, вызывает прохождение разряда определенной силы тока по своей поверхности. Если ампула имеет капиллярные трещины, проколы, микроскопические отверстия на шейке ампулы или чересчур тонкие стенки происходит пробой разряда через ампулу, а не по ее поверхности. Это вызывает возрастание тока разряда в десятки раз, в связи с тем, что электропроводность раствора намного больше, чем воздуха или ампульного стекла. Автоматика, зарегистрировав резкий скачек тока, автоматически отбраковывает ампулу. Контроль качества работы
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
осуществляется с помощью комплекта эталонных ампул для теста. Использование данного автомата позволяет полностью автоматизировать операцию проверки на герметичность, сократить время данной операции за счет реализации потокового принципа проверки.
20.9.3. Комплексные автоматические линии в производстве ПЛС
Общеизвестно, что использование поточных автоматических линий позволяет практически полностью исключить контакт персонала с изготавливаемой продукцией, снизить риск микробной контаминации и получать более качественный продукт. Особенно в производстве парентеральных препаратов наиболее целесообразно использовать автоматические линии, которые совмещают в одном комплексе оборудования несколько технологических стадий, определяющих качество получаемого продукта.
Для производства парентеральных растворов применяются, как правило, зарубежные линии, которые более производительны и экономичны, используют современные методы подготовки ампул для наполнения, обеспечивают локальные зоны с высоким классом чистоты и минимальный риск микробной и других видов контаминации. Они полностью отвечают требованиям мировым стандартам надлежащей производственной практики.
Автоматические линии ампулирования
Комплексная линия ампулирования представляет собой полностью замкнутый контур, который можно очищать и стерилизовать, начиная от резервуара с продуктом и заканчивая герметизацией ампул, без демонтажа отдельных частей. В линию встроены системы стерильной фильтрации воздуха, стерильной фильтрации раствора непосредственно перед наполнением, рециркуляции воды, а все подготовительные и производственные процессы имеют высокий уровень автоматизации. Общий вид автоматической линии ампулирования представлен на рис. 20.26.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.26. Общий вид автоматической линии ампулирования растворов для инъекций с применением изолирующих технологий
Такие автоматизированные линии, как правило, состоят из следующих функциональных узлов:
1. Машина моечная для внешней и внутренней мойки ампул. Работа машины состоит из циклов душирования ампул, обработки ультразвуком, шприцевой мойки и обдува ампул воздухом. В состав моечной машины входят: насос рециркуляционной воды; фильтр для фильтрации рециркуляционной воды, воздушный фильтр; контрольно-измерительные приборы и пульт управления.
Основными отличиями автомата для шприцевой мойки от отечественных полуавтоматов являются: полная автоматизация ведения процесса внутренней и наружной мойки ампул; применение ультразвука; система аварийной защиты (аварийные клапаны, канал разгрузки давления, звуковая сигнализация). Особое внимание обращено на отделение в машине механических узлов (редукторный двигатель, рычаги) от частей, соприкасающихся с жидкостями (насос рециркуляции воды очищенной, фильтры воды, воздушные фильтры, клапаны и т.п.), для полного соответствия с нормами GMP.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Питание машины происходит через ленточный конвейер из нержавеющей стали, на который непосредственно из коробок или металлических кассет загружаются ампулы. Прерывательное движение цепей определяет передвижение шаг за шагом ампул через разные зоны-станции: ванна с ультразвуковым воздействием, станция наружной мойки, станция внутренней мойки и станция вдувания воздуха и т.п.) к накопителю, где ампулы передаются на сушку или стерилизацию.
Вся вода для мойки проходит систему фильтрации с возможностью задержки частиц с размером от 1,0 до 0,22 мкм. Воздушные фильтры с рейтингом 0,2 мкм находятся в трубопроводах для подачи фильтрованного сжатого воздуха и инертного газа.
2. Сушильно-стерилизационный туннель. Сушка и депирогенизация ампул осуществляется в стерилизационном туннеле с ламинарным потоком воздуха. Туннель разделен на три зоны: сушки, стерилизации и охлаждения. Устройство сушильно-стерилизационного туннеля приведено на рис. 20.27.
Рис. 20.27. Схема сушильно-стерилизационного туннеля с загрузочной зоной (а); зоной сушки или стерилизации (б); зоной охлаждения (в)
Он снабжен регуляторами давления, постоянно показывающими работу вентиляторов; термометрами сопротивления, показывающими температуру сушки (180-220°С) или стерилизации (220-2800С), температуру воздуха на выходе (20-230С); дифференциальным датчиком давления, определяющим ско-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
рость воздуха в зоне стерилизации; автоматическим регулятором определения скорости движения ленты для определения времени пребывания ампул в зоне стерилизации; устройством, регистрирующим изменение температуры и скорости воздуха, скорости движения ленты. В комплект входят воздушный фильтр, контрольно-измерительные приборы, пульт управления.
Операции мойки и сушки или стерилизации ампул осуществляется параллельно. Управление работой моечной машины и стерилизационного туннеля автоматическое, осуществляется с пульта управления.
Высушенные ампулы поступают в накопитель, который является связующим звеном между стерилизационным туннелем и машиной для наполнения и запайки, обеспечивая подачу высушенных ампул в вертикальном направлении с помощью ворошителя в направляющие машины для шприцевого наполнения.
3. Машина для шприцевого наполнения и герметизации ампул. Машина имеет внутреннюю локальную зону класса А с окружающей средой класса В/С в соответствии с требованиями GMP. Это обеспечивается постоянным потоком воздуха за счет использования ламинарного модуля с вертикальным ламинарным потоком воздуха, создающего зону повышенного давления, как в зоне выполняемых операций, так и на транспортных устройствах. Ламинарный модуль состоит из предфильтра, фильтра тонкой очистки со степенью очистки воздуха 99,995% и скоростью потока 0,40 м/с.
Из стерилизационного туннеля ампулы при помощи подающего транспортера поступают на питающую станцию наполнения и укупорки ампул. Метод наполнения – шприцевой, запайка – с помощью газовых горелок оттяжкой капилляров (стеблей) ампул. Производительность машины зависит от количества дозирующих шприцев (от 6 до 10), которые обеспечивают высокую точность дозирования (±0,01 для доз >1мл). Все дозирующие шприцы движутся синхронно. Раствор непосредственно перед наполнением подвергается дополнительной стерилизующей фильтрации с эффективностью 99,99%, что обеспечивает высокую степень защиты от микробной контаминации. При необходимости ампулы могут быть насыщены инертным газом. В машину встроены системы стерильной фильтрации воздуха или инертного газа, контрольноизмерительные приборы, пульт управления.
Запайка ампул происходит в 2 этапа: предварительный прогрев стеблей, а затем запайка ампул с использованием природного газа и кислорода. При про-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
греве и запайке ампулам сообщается вращательное движение для равномерного прогрева и оттяжки капилляров ампул.
Машина снабжена автоматическим регулятором скорости движения ленты с возможностью блокировки движения. Когда скорость ленты транспортера уменьшается, что соответствует увеличению массы ампул на соединительном транспортере, с помощью потенциометра подается сигнал к микроустройству обработки, которое после этого уменьшает скорость ленты стерилизационного туннеля и затем моечной машины. Выходной накопитель является заключающим звеном автоматической линии, который служит для съема запаянных ампул с раствором из узла запайки ампул или для передачи их на автоматы для определения объема наполнения, герметичности ампул или контроля на механические включения (рис. 20.28).
Рис. 20.28. Схема работы машины для автоматического контроля объема наполнения ампул (флаконов) и механических включений оптическим методом:
1 и 2 – подающий механизм; 3 – устройство с фотоэлементами; 4 и 5 – разгрузочный механизм; 6 – сортировочный маятник; 7 и 9 – электродвигатель; 8, 10 – световой проектор; 11 – приемный накопитель
В настоящее время широкое распространение имеют автоматические линии ампулирования фирм «STRUNK», «MACOFAR», «ROTA», «ROBERT BOSCH GmbH», «BAUSCH+STROBEL», «MARCHESINI GROUP S.p.A» производства Германии, «LAGERDE» (Франция), «ZANASI, IMA», «Marzocchi Milano» (Италия), «LUXUN INTERNATIONAL GROUP» (Китай) и др.
Преимуществами комплексных автоматических линий являются:
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
1.Совмещение наружной и внутренней (шприцевая и ультразвуковая) мойки, наличие системы рециркуляции воды (что значительно экономит потребление очищенной воды).
2.Для сушки, стерилизации и депирогенизации ампул используют туннель с ламинарным потоком горячего и охлаждающего стерильного воздуха.
3.Наполнение ампул осуществляется шприцевым методом с помощью поршневых дозаторов и высокой точностью дозирования. Промежуток времени между операциями наполнения и запайки составляет 5-10 секунд.
4.Наполнение ампул происходит в локальной зоне класса чистоты А, что гарантирует минимальный риск контаминации раствора.
5.Предусмотрена возможность ампулирования в токе инертных газов.
6.Производительность линий составляет от 15 до 24 тыс. ампул/ час.
7.Возможность комплектации машинами для автоматизированного определения механических включений, объема наполнения, герметичности ампул, нанесения кодировочных колец, этикетировочной машиной и т.д.
Для наполнения и герметизации карпул и шприцов в мировой практике используют линии, подобные автоматической линии «Inova VFVM 3000» фирмы «Inova Pharma Systems GmbH» (Германия) производительностью до 7200
шт/ч., а также фирм «Martin Sontag GmbH», «Bosch GmbH» (Германия).
Автоматические линии наполнения и герметизации флаконов
Автоматические линии для производства ПЛС в стеклянных флаконах или бутылках, как правило, состоят из тех же основных функциональных узлов, что и линии ампулирования. Описание оборудования, применяемого для подготовки флаконов и бутылок приведено в разделе «Подготовка флаконов и укупорочных средств».
Отличительной особенностью линий для производства парентеральных препаратов во флаконах или бутылках является автоматические машины дозирования роторной или линейной конструкции с блоком укупорки резиновыми пробками (рис. 20.29). Для дозирования растворов, суспензий или стерильных порошков во флаконы объемом до 10 мл используются автоматы микродозирования известных фирм «ROTA», «ROBERT BOSCH GmbH», «BAUSCH+STROBEL» производства Германии, «EISAI» (Япония) и др.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рис. 20.29. Схема узла подвода, надевания и вдавливания пробок
Машины для наполнения и укупорки бутылок от 50 до 500 мл выпускаются в составе производственных линий, в основном, зарубежными производителями, такими как моделей ALK, MLF фирмы «BOSCH» (Германия), модели AFV фирмы «BAUSCH+STROBEL» (Германия), модели ЛНУ-М фирмы
«ВИПС-Мед» (Россия), серии BSY и BXKZ фирмы «Truking Science & Technology Co., Ltd», а также фирм «ZANASI», «IMA» (Италия), «ROTA», «JBA GmbH», «Groninger» (Германия), «LAGERDE» (Франция) и др.
Рис. 20.30. Схема работы машины ALK для наполнения и укупорки флаконов:
1 – загрузочный конвейер; 2 – подающий шнек; 3 – передаточное колесо; 4 – узел наполнения; 5 и 6 – подающий механизм пробок и колпачков; 7 - -узел надевания или вдавливания пробок и закатки колпачков; 8 – формирующий механизм; 9 – разгрузочный накопитель
Следующим функциональным узлом автоматических линий является автомат для фиксации металлических колпачков, где осуществляется закатка алюминиевого колпачка на горловине флакона или бутылки. Если препарат не
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
подвергается финишной стерилизации, то линия может комплектоваться автоматами для контроля механических включений (например, модели
ATM18D и ATM18S фирмы «BREVETTI», «LIBRA», (Италия), API 1000 фирмы
«BAUSCH+STROBEL» (Германия), маркировочными и упаковочными машинами.
Указанным автоматическим линиям присущи те же преимущества, что и линиям ампулирования. Использование их позволяет повысить качество подготовки флаконов и бутылок, проводить дополнительную стерильную фильтрацию раствора перед наполнением, обеспечить высокую точность дозирования инфузионного раствора, исключить микробную контаминацию (за счет использования ламинара и локальной зоны А класса чистоты), что позволит получать высококачественную конкурентноспособную продукцию.
Оборудование для наполнения и герметизации полимерных контейнеров
Гибкие (мягкие) контейнеры представляют собой полимерные пакеты вместимостью от 100 до 1000 мл, термосваренные по периметру. Данная упаковка имеет ряд преимуществ перед традиционно используемой стеклянной тарой. Полимерные контейнеры являются экологически чистыми, материал (поливинилхлорид, полипропилен) упаковки является инертным для многих составов растворов. Масса одного контейнера (вместимостью 500 мл) – всего 26 г, т.е. он примерно в 10 раз легче стеклянной бутылки. Другими преимуществами упаковки из полимерного материала являются удобство транспортировки и складирования, возможность использования в чрезвычайных ситуациях. Вторичная вакуумная упаковка полимерных контейнеров обеспечивает стерильность поверхности внутреннего контейнера до начала его использования. Наличие внутреннего контейнера полностью исключает возможность контакта раствора с окружающей средой во время инфузии.
Одним из важнейших преимуществ инфузионных растворов, выпускаемых в полимерных контейнерах, является гарантия аутентичности лекарственного средства. Автоматически нанесенная во время производства маркировка, которую нельзя смыть, содержит информацию о препарате, данные о контроле и производителе. Препараты в такой упаковке практически невозможно фальсифицировать в силу специфики технологического процесса производства.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
На предприятия гибкие контейнеры поступают стерильными в специальных упаковках и не требуют проведения подготовительных операций, что удешевляет себестоимость полученной продукции.
Технологический процесс по наполнению и укупорке полимерной упаковки для инфузионных растворов осуществляется на автоматах, которые выпускаются в составе производственных линий (например, модель Atlantic фирмы «LEGRAND» (Франция) производительностью 500 доз в час). Данный автомат предназначен для наполнения раствором, укупорки пробками из макролона и алюминиевыми колпачками полимерных контейнеров с предварительно нанесенной маркировкой. После наполнения и герметизации гибкие пакеты в случае необходимости могут подвергаться газовой или тепловой стерилизации при температуре 1200С, давлении 0,2 МПа в течение 30 мин. В стерилизационной установке осуществляют контроль герметичности контейнеров. Если финишная стерилизация исключена, то автомат может комплектоваться автоматическим устройством для контроля на механические включения, каплеструйным маркиратором (для нанесения номера серии и срока годности) и упаковочными автоматами для нанесения вторичной герметичной упаковки – многослойной пленки полиэтилен-полиамидной, гарантирующей стерильность внутреннего контейнера.
В настоящее время производителями гибких пакетов и препаратов в полимерных контейнерах являются фирмы «LEGRAND», «LAGERDE» (Фран-
ция), «Medical Grade System MGS» (Италия), «Kobusch – Sengewald», «PLUMAT» (Германия), «Luxun International Group» (Китай) и др.
Российское фармацевтическое предприятие ЗАО «РЕСТЕР» (г. Ижевск) специализируется на выпуске инфузионных растворов в полимерных упаковках. На данном предприятии функционирует мощный контейнерный цех, который полностью обеспечивает потребность в первичной полимерной упаковке свое предприятие и работает по контракту с другими фармацевтическими предприятиями по поставкам полипропиленовых контейнеров по доступным ценам. Контейнеры изготовляются из полипропиленовой пленки «Propyflex» методом сварки токами высокой частоты в производственных помещениях класса чистоты С. На п оверхность контейнеров методом тиснения наносится маркировка в соответствии с нормативной документацией и товарный знак предприятиязаказчика.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
К полимерным упаковкам парентеральных средств относят шприцампулу, представляющую собой тюбик вместимостью 1-2 мл с инъекционной иглой, защищенной колпачком.
В производстве парентеральных растворов в мягких пакетах, пластиковых бутылках и шприц-ампулах используют принцип «bottle pack» или техно-
логию «выдувание – наполнение – герметизация». Это рациональный способ упаковки растворов парентерального назначения, при котором в течение одного непрерывного технологического цикла происходит формование первичных упаковок из стерильного (или нестерильного) термопластического гранулята, автоматическое наполнение стерильным раствором, герметизация и нанесение необходимой маркировки, делений, кодовых обозначений на емкости методом горячего теснения.
Технология выдувания-наполнения-герметизация (Form-Fill-Seal) имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с традиционными методами асептического наполнения предварительно изготовленных и стерилизованных ампул и флаконов. Прежде всего, это исключение целого цикла вспомогательных работ и оборудования по подготовке сосудов и укупорочных средств к наполнению (мойка, сушка, стерилизация и т.д.). Этот метод гарантирует полную стерильность контейнеров, поскольку перед формованием упаковки гранулы полимерного материала, находящиеся в экструдере в течение нескольких минут под давлением 19,6-24,5 кПа и при температуре 160-230°С, полностью стерилизуются. Такой принцип упаковки ПЛС практически исключает необходимость проведения окончательной стерилизации продукции в первичной упаковке. Защиту упаковок от возможных подделок гарантирует нанесение маркировки на емкости методом горячего (рельефного) теснения. Количество работающего и обслуживающего персонала такого автоматического комплекса оборудования значительно меньше, а освободившиеся производственные площади можно задействовать для производства другой продукции.
Описанные операции осуществляются в условиях одного автоматического комплекса оборудования, где локально можно создать асептические условия (локальная зона чистоты класса А). Стерильность раствора обеспечивается последовательным стерильным фильтрованием через глубинные и мембранные фильтры с диаметром пор 0,45; 0,30 и 0,2 мкм. Это позволяет создать условия такой технологической чистоты, которая обеспечивает надежную защиту, как
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
самой упаковки, так и лекарственного препарата от микробного обсеменения и отвечает современным требованиям надлежащей производственной практики.
Оборудование для технологии выдувание-наполнение-герметизация, используемое в производстве продуктов, подлежащих стерилизации на завершающей стадии, должно устанавливаться в окружающей среде, по крайней мере, класса D. Такое же оборудование, используемое при асептическом производстве и имеющее зону типа А с ламинарным потоком воздуха, может быть установлено в окружающей среде, по крайней мере, класса С, причем должна быть применена оболочка, соответствующая зонам типов А/В.
Типичный технологический процесс получения ПЛС в полимерной упаковке включает следующие основные стадии:
1.Подготовка полимерного материала к переработке;
2.Формование деталей и их обработка;
3.Наполнение и укупорка емкостей;
4.Сборка деталей в узлы или изделия;
5.Стерилизация готовых упаковок с растворами (если необходимо). В автоматический комплекс оборудования по производству шприц-
ампул, работающий по описанной технологии, как правило, входят:
Термопластавтомат (гидравлический пресс) для литья защитных кол-
пачков;
Термопластавтомат (гидравлический пресс) для литья канюль;
Сборочный автомат (предназначенный для сборки инъекционных игл
сканюлями и защитными колпачками;
Автомат формовки корпусов и наполнения их растворами (как правило, укомплектован двумя фильтрами для стерильной фильтрации раствора непосредственно перед наполнением);
Стерилизатор (газовый, паровой, с ионизирующим излучением);
Автомат сборочный (предназначенный для сборки корпуса и собранных канюль);
Автомат упаковки шприц-ампул (в безячейковую фольгу, блистеры и
т.д.).
Более подробно принципы работы автомата формовки и наполнения полимерных ампул производства фирмы Brevetti Angela s.r.l. (Италия) и термопластавтоматов для литья колпачков и канюль описаны в главе «Технология упаковки лекарственных средств».
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.10. МЕТОДЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ
По требованиям нормативной документации все готовые лекарственные препараты должны выдерживать тест на микробиологическую чистоту. Поэтому процесс стерилизации имеет большое значение при изготовлении всех лекарственных форм, а особенно парентеральных.
Под стерилизацией (обеззараживание, обеспложивание) понимают совокупность физических, химических и механических способов освобождения от вегетативных и покоящихся форм микроорганизмов (H. Horn, 1984). Фармакопеи ведущих стран мира определяют стерилизацию как процесс умерщвления в объекте или удаления из него микроорганизмов всех видов, находящихся на всех стадиях развития. ГФУ определяет стерилизацию как отсутствие жизнеспособных микроорганизмов.
Поскольку к производству стерильных лекарственных форм предъявляют высокие требования по микробиологической чистоте (надежность стерильных парентеральных препаратов должна быть не ниже 10-6), то стерилизации подвергаются не только готовый продукт, но и используемое оборудование, вспомогательные материалы, фильтры, растворители, исходные вещества. Выбор того или иного способа стерилизации должен основываться на экономических соображениях и технологичности обработки, включая возможность ее полной автоматизации. От правильно подобранного метода стерилизации зависит качество производимой стерильной продукции.
Во всех случаях стерилизацию продукта предпочтительнее проводить в первичных контейнерах (финишная стерилизация). Если невозможно использовать финишную стерилизацию, осуществляют производство препаратов в асептических условиях с применением стерилизующей фильтрации. Во всех случаях контейнер и укупорочные средства должны обеспечивать сохранение стерильности продукта в течение срока применения.
В технологии лекарственных форм промышленного производства в настоящее время используют 3 группы методов стерилизации: механические, хи-
мические, физические или их комбинацию.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.10.1. Механические методы стерилизации Стерилизующая фильтрация. Микробные клетки и споры можно рас-
сматривать как нерастворимые образования с очень малым (1-2 мкм) размером частиц. Подобно другим включениям, они могут быть отделены от жидкости механическим путем – фильтрованием сквозь мелкопористые фильтры. Этот метод включен в ГФУ для стерилизации термолабильных растворов, не подвергающихся финишной стерилизации, но требующих асептических условий производства.
По механизму действия фильтрующие микропористые перегородки, используемые для стерильной фильтрации, подразделяют на глубинные и поверхностные (мембранные) с размером пор не более 0,3 мкм.
Глубинные фильтры характеризуются сложным механизмом задержания микроорганизмов (ситовым, адсорбционным, инерционным). Ввиду большой толщины таких фильтров удерживаются и частицы меньшего размера, чем размер пор фильтрующей перегородки.
Мембранные фильтры представляют собой тонкие (100-150 мкм) пластины из полимерных материалов, характеризующиеся ситовым (поверхностным) механизмом задержания микроорганизмов и постоянным размером пор. Во избежание быстрого засорения фильтра мембраны используют в сочетании с предфильтрами, имеющими более крупные поры. При стерилизации больших объемов растворов оптимальным является применение фильтров обоих типов.
Использование глубинных и мембранных фильтров обеспечивает необходимую чистоту, стерильность и апирогенность растворов для парентерального применения. Более полная характеристика микропористых фильтров приведена в разделе «Фильтрация парентеральных растворов».
Стерилизующая фильтрация имеет преимущества по сравнению с методами термической стерилизации. Для многих растворов термолабильных веществ она является единственно доступным методом стерилизации. Государственная Фармакопея Украины рекомендует проводить стерилизующую фильтрацию непосредственно перед операцией наполнения контейнеров.
20.10.2. Химические методы стерилизации
Эти методы основаны на высокой специфической (избирательной) чувствительности микроорганизмов к различным химическим веществам, что обусловливается физико-химической структурой их клеточной оболочки и прото-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
плазмы. Механизм антимикробного действия многих таких веществ еще не достаточно изучен. Считают, что некоторые вещества вызывают коагуляцию протоплазмы клетки, другие – действуют как окислители, ряд веществ влияет на осмотические свойства клетки, многие химические факторы вызывают гибель микробиологической клетки благодаря разрушению ферментной системы. Основой любого варианта химической стерилизации является взаимодействие бактерицидного вещества с компонентами микробной клетки или споры.
Химическая стерилизация подразделяется на стерилизацию растворами или веществами и стерилизацию газами (газовая стерилизация).
Стерилизация растворами или веществами. Стерилизацию растворами
(веществами) серийно выпускаемой инъекционной продукции в заводских условиях не используют, так как введение в раствор постороннего биологического активного вещества нежелательно из-за возможного химического взаимодействия стерилизующего агента с действующими компонентами, а также из-за возможных побочных действий этого агента на организм человека. Еще одно принципиальное ограничение данного метода связано с тем, что практически любое бактерицидное вещество обладает определенной селективностью и его эффективность проявляется при высоких концентрациях или часто в определенных интервалах рН, недопустимых для живых организмов. Этот вид стерилизации используют для обеззараживания производственных помещений, различной аппаратуры, трубопроводов и другого оборудования, применяемого в производстве стерильной продукции.
Газовая стерилизация. Своеобразной химической стерилизацией является метод стерилизации газами. Преимуществом метода является возможность стерилизации объектов в пластмассовой упаковке (даже со вторичной), проницаемой для газов и растворов с термолабильными веществами. Суть метода заключается в том, что в герметическую камеру со стерилизуемым объектом вводят стерилизант – смесь этиленоксида и углерода диоксида в соотношении 9:1. Углекислый газ добавляют в связи с взрывоопасностью окиси этилена. Для стерилизации стерилизант поступает в аппарат под давлением до 195 кПа при температуре 43-45оС. Продолжительность стерилизации зависит от проницаемости упаковки, толщины слоя материала и продолжается от 4 до 20 часов. Затем этиленоксид удаляют продуванием стерильным воздухом (азотом) или путем вакуумирования камеры.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Для стерилизации донорского материала, растворов кровезаменителей или продуктов, полученных из крови, широко применяют стерилизант – β- пропиолактон. Также к числу используемых стерилизующих газов относятся озон, бром-метил, глутаровый альдегид и др.
По принципу газовой стерилизации работают стерилизаторы фирм «ETO» (Италия), «ETOXENOM» (Чехия) и др. При химической стерилизации газами погибают все вегетативные формы микроорганизмов и плесневые грибы.
Главный недостаток химических методов стерилизации – необходимость освобождения простерилизованного объекта от остатков стерилизанта и продуктов возможного взаимодействия. Широкому распространению этого метода препятствуют длительность стерилизации, высокая стоимость, возможность побочного действия химического агента на обслуживающий персонал и, тем не менее, для ряда лекарственных препаратов – это единственно надежный способ стерилизации в современных условиях.
Использование консервантов. Добавление антимикробных консервантов условно можно отнести к методам химической стерилизации. Введение консервантов в растворы проводится в тех случаях, когда нельзя гарантировать сохранение стерильности. При этом возможно снижение температуры стерилизации или сокращение времени ее проведения.
Механизмы воздействия консервантов на микроорганизмы очень различны и определяются их химическим строением. Основным результатом при этом является нарушение жизненных функций клетки, в частности, инактивация белковой части клеточных ферментов. В зависимости от степени инактивации наступает либо гибель клетки, либо замедление ее жизненных функций.
20.10.3. Физические методы стерилизации Тепловая (термическая) стерилизация. В настоящее время монополь-
ное положение среди возможных методов стерилизации в фармацевтическом производстве занимает тепловая стерилизации.
В зависимости от температурного режима тепловая стерилизация подразделяется на:
•паром под давлением (автоклавирование);
•текучим паром;
•тиндализацию;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
• воздушную.
Стерилизация паром под давлением. Автоклавирование – это стерили-
зация растворов, устойчивых к нагреванию, паром под давлением 111кПа (1,1 атм.) при температуре 119-121оС. В данных условиях погибают не только в егетативные, но и споровые микроорганизмы за счет коагуляции белка клетки.
Этот традиционный способ стерилизации обладает сегодня преимуществом перед другими по трем причинам. Во-первых, он дает возможность стерилизации препаратов в конечной герметичной упаковке, что исключает опасность вторичной контаминации. Во-вторых, благодаря длительной практике использования он обеспечен достаточно надежной аппаратурой. И, в-третьих, на сегодняшний день он наиболее экономичен.
При этом методе происходит комбинированное воздействие на микроорганизмы высокой температуры и влажности, при которых погибают самые стойкие споры. Коагуляция белковых веществ в этих условиях начинается при температуре 56оС.
Стерилизацию паром под давлением проводят в стерилизаторах различной конструкции цилиндрической или квадратной формы. Стерилизаторы квадратной формы типа АП-7 (рис.20.31), АП-18, АП-18М – проходного типа, которые имеют двери с двух сторон: через одну происходит загрузка нестерильной продукции; через другую – выгрузка простерилизованной.
Рис. 20.31. Устройство парового стерилизатора АП-7:
1 – корпус; 2 – крышка; 3 – теплоизоляция; 4 – стерилизационная камера; 5 – клапан предохранительный; 6 – пульт управления; 7 – полка; 8 – подача острого пара
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Корпус автоклава нагревается глухим паром, чтобы не было его конденсации в рабочей камере. Затем в камеру для вытеснения воздуха подается острый пар. Отчет времени стерилизации начинается с момента достижения заданного давления по манометру. Стерилизаторы оснащены автоматической контрольной аппаратурой, с помощью которой на контрольной ленте записывается давление и время стерилизации. Условия стерилизации продукции указаны в технологических регламентах или другой производственной документации.
Также используются стерилизаторы зарубежных фирм-производителей,
таких как «LEGRAND», «LAGERDE», «IPM UPSA» (Франция), «WIKA» (Швейцария) «FEDEGARI» (Италия), «SBM», «Шеkлер Блекмани Медицинтехник ГмбХ» (Германия) и др. Импортные конструкции стерилизаторов позволяют совмещать в одном тех нологическом цикле операции стерилизацию раствора, проверку контейнеров на герметичность, промывку их и сушку.
Стерилизацию растительных масел и жиров в промышленных условиях осуществляют паром под давлением при температуре 119-121оС и давлении 101-111 кПа (1,0-1,1 атм.) в течение 2 часов.
Автоклавированию также подвергаются установки для стерилизующего фильтрования, фильтрующие перегородки и другой вспомогательный материал, используемый в технологическом процессе производства парентеральных лекарственных форм.
Среди недостатков метода можно выделить невозможность стерилизации растворов, содержащих термолабильные вещества; опасность работы с паром под давлением; отсыревание многих материалов во время стерилизации и др.
Стерилизация текучим паром. Растворы веществ, термически малоустойчивые, иногда стерилизуют при 100оС текучим паром (без примеси воздуха и избыточного давления). Насыщенный пар убивает только вегетативные формы микроорганизмов и при наличии в объекте споровых форм этот метод неэффективен.
Тиндализация (дробная стерилизация). Для термолабильных веществ, а
также для растворов в шприц-ампулах стерилизацию иногда проводят методом тиндализации. Суть метода заключается в трехкратном нагревании растворов до 40-60оС с перерывами в сутки, в течение которых объекты термостатируют
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
при температуре 37±1оС для прорастания споровых форм в вегетативные. Этот метод сегодня используется крайне редко.
Стерилизация сухим жаром (воздушная стерилизация). Стерилизация сухим жаром, проводимая в аэростерилах или других аппаратах этого типа, также высокоэффективна. При этом погибают все формы микроорганизмов за счет пирогенетического разложения белковых веществ. Однако высокая температура нагрева (160-200оС), длительное время воздействия (1-2 часа) и сухой горячий воздух оказывает повреждающее действие на стерилизуемые объекты и, следовательно, ограничивают возможности данного способа.
Парентеральные растворы не подвергают стерилизации сухим жаром, так как из-за плохой теплопроводности воздух не обеспечивает быстрый нагрев растворов до температуры стерилизации, а длительный прогрев – приводит к разложению большинства лекарственных веществ.
Сухим жаром стерилизуют некоторые термостойкие порошки, масла, стеклянную тару (ампулы, флаконы и необходимую посуду), вспомогательные материалы.
Лучшими являются стерилизаторы с ламинарным потоком стерильного воздуха, нагретого до требуемой температуры, что улучшает создание равномерного температурного поля и устраняет загрязнения от обогреваемых стенок камеры и из воздуха, попадаемого в момент выгрузки объекта.
Радиационная стерилизация. Лучистая энергия губительно действует на клетки живого организма, в том числе и на различные микроорганизмы. Принцип стерилизующего эффекта этих излучений основан на способности вызывать в живых клетках при определенных дозах поглощенной энергии такие изменения, которые неизбежно приводят их к гибели за счет нарушения метаболических процессов и коагуляции белка.
Источником ионизирующих γ-излучений служат долгоживущие изотопы 60Со27, 137Cs55 , ускорители электронов прямого действия и линейные ускорители электронов. Для бактерицидного эффекта достаточно от 15 до 25 кГр, причем верхний предел необходим для инактивации споровых форм.
В настоящее время накоплен большой опыт применения этого метода, точно установлены типичные дозы излучения, необходимые для надежной стерилизации, разработано радиационное оборудование для высокопроизводи-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
тельного процесса стерилизации, решены вопросы безопасности работы установок для обслуживающего персонала.
Этот метод по экономическим показателям превосходит асептическое изготовление растворов со стерильной фильтрацией, но несколько уступает тепловой стерилизации. Однако в будущем может приблизиться к ней из-за неизбежного снижения относительной стоимости изотопов, которые являются побочным продуктом атомной энергетики.
Ультразвуковая стерилизация. Прохождение ультразвука (УЗ) в жидкой среде сопровождается чередующимися сжатиями, разрежениями и большими переменными ускорениями. В жидкости образуются разрывы, называемые кавитационными полостями. В момент сжатия эти полости захлопываются. Избыточное давление, создаваемое УЗ-волной, накладывается на постоянное гидростатическое и суммарно может составлять в пузырьках несколько атмосфер. В качестве «зародышей» кавитационных полостей могут быть пузырьки газа, пара в жидкости, твердые частицы и места неровностей твердой поверхности. Большие импульсные давления кавитаций приводят к разрушению целостности клеточной мембраны микроорганизмов, споровых образований и других частиц. Важно установить оптимальные параметры процесса стерилизации, так как высокие импульсные давления могут приводить к механическому разрушению ампул. Стерилизующая частота звука должна быть в пределах 18-22 кГц.
И хотя метод очень эффективен, он не нашел широкого применения из-за сложности аппаратурного оснащения и возможных сложных химических превращений компонентов растворов. Вопросы стабильности компонентов при УЗстерилизации имеют много общего с аналогичными проблемами радиационной стерилизации. Для повышения устойчивости лекарств при ультразвуковом воздействии необходимо подобрать такие условия стерилизующей обработки, которые обеспечивают снижение вводимой в систему энергии на тех частотах ультразвука, которые одновременно со стерилизацией не приводят к разложению компонентов лекарственных препаратов.
Чаще метод применим при производстве эмульсий и суспензий для лучшего диспергирования веществ в них и одновременно получения стерильных гетерогенных систем для парентерального применения.
Стерилизация токами высокой и сверхвысокой частоты. К настояще-
му времени нет единой точки зрения на механизм инактивации микроорганизмов при ВЧ- и СВЧ-облучении. Существует мнение об исключительно тепловом ме-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ханизме действия токов высокой частоты на биологические объекты. Принцип действия высокочастотного поля заключается в его активном воздействии на ориентацию молекул вещества. Изменение направленности поля вызывает изменение ориентации молекул и поглощение части энергии поля веществом. В результате происходит быстрый нагрев вещества во всех точках его массы.
Менее широко распространены представления о том, что, помимо тепловых процессов, на гибель микроорганизмов оказывает влияние специфическое действие ВЧ- и СВЧ-излучения.
С помощью СВЧ-энергии возможно стерилизовать расфасованном виде готовую продукцию: глазные мази, пасты в тубах, лекарственные средства в конвалютах, порошки, таблетки, пористые лиофилизированные массы, не содержащие гидрофильные жидкости. Стерилизация ампулированных растворов и жидких лекарственных форм, укупоренных герметически – нежелательна, так как в замкнутой емкости возникает избыток давления паров испарившейся жидкости, взрывающий ее. В результате наступает разгерметизация в виде растрескивания стенок ампул или срыва укупорочного материала.
Метод также не нашел широкого применения из-за сложности аппаратурного оснащения и возможности неблагоприятного воздействия быстрого кратковременного нагрева инъекционного раствора.
Стерилизация ультрафиолетовым излучением. Из-за возможности об-
разования ядовитых продуктов и возможности разложения биологически активных компонентов парентеральных растворов под действием УФ-излучения, метод не нашел своего применения для стерилизации препаратов для инъекций. Однако он широко используется для стерилизации порошков, воды для инъекций, вспомогательных материалов, воздушной среды производственных помещений, технологического оборудования и других объектов.
При стерилизации воздушной среды производственных помещений в качестве источников УФ-радиации используют специальные лампы БУВ (бактерицидная увиолевая), которые изготавливают в виде трубки из специального увиолевого стекла, способного пропускать УФ-лучи, с электродами из длинной вольфрамовой спирали, покрытой бария и стронция гидрокарбонатами. В трубке находится ртуть и аргон при давлении в несколько сотен паскалей. Источником УФ-лучей является разряд ртути, происходящий между электродами при подаче на них напряжения. Излучение лампы БУВ обладает большим бактери-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
цидным действием, так как максимум излучения лампы близок к максимуму бактерицидного действия (254 нм).
Количество и мощность бактерицидных ламп подбирается так, чтобы при прямом облучении на 1 м3 объема помещения приходилось не менее 2-2,5 Вт мощности излучателя. Промышленностью выпускаются лампы БУВ-15, БУВ30, БУВ-60 и др. (цифра обозначает мощность в ваттах), а также бактерицидные облучатели: настенный ОБН, состоящий из двух ламп БУВ-30; потолочный ОБП – из 4 ламп БУВ-30; передвижной маячного типа ОБПЕ – из 6 ламп БУВ-
30. Облучатели используют только при отсутствии в помещении людей или экранированные.
Для стерилизации воды применяют аппараты с погруженными и непо-
груженными источниками УФ-радиации. В аппаратах первого типа источник УФ-излучения (бактерицидная увиолевая лампа, покрытая кожухом из кварцевого стекла) помещается внутри водопровода и обтекается водой. Данный способ стерилизации больших объемов воды для инъекций является наиболее экономичным.
В аппаратах с непогруженными лампами последние помещаются над поверхностью облучаемой воды. В связи с тем, что обычное стекло практически непроницаемо для ультрафиолетовых лучей, водопровод в местах облучения делают из кварцевого стекла, а это значительно повышает стоимость аппарата. В настоящее время разработана возможность замены кварцевого стекла полиэтиленовым, свободно пропускающим УФ-радиацию.
Как положительный фактор, следует отметить, что при стерилизации воды не происходит накопления пероксидных соединений и под действием УФизлучения инактивируются некоторые пирогенные вещества, попавшие в воду.
Стерилизация ИК- и лазерным излучением. Электронная стерилиза-
ция. Эти перспективные виды стерилизации мало находят сегодня применение, хотя возможности для этого имеются.
Облучение парентеральных водных систем инфракрасным (ИК) излучением в областях поглощения воды ( λ= 2,7 мкм) может быть эффективным средством ее нагрева и тем самым является, по сути, еще одним вариантом тепловой стерилизации. Наличие достаточно мощных источников ИК-излучения позволяет надеяться на возможность создания оборудования для высокопроизводительной технологии. Преимуществом этого метода перед традиционным автоклави-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
рованием может считаться возможность отказа от небезопасного в обслуживании и нетехнологичного перегретого пара. Метод хорошо зарекомендовал себя для стерилизации стеклянной первичной тары.
Принципиально возможны способы стерилизации с применением лазерного и электронного излучения, при этом можно достичь высокой эффективности стерилизации как путем интенсивного нагрева вследствие поглощения мощного излучения в воде, так и за счет селективного поглощения излучения макромолекулами микроорганизмов в многоквантовых процессах. При электронном облучении продукция перемещается через непрерывный или пульсирующий пучок высокоэнергетических электронов (бета-излучение), который проходит через траекторию движения продукции. Однако исчерпывающих исследований применительно к какой-либо конкретной системе, совокупность которых дала бы основание для разработки промышленного оборудования такими методами стерилизации, пока не проведено.
Биологические индикаторы – это стандартизованные препараты определенных микроорганизмов, которые используются для оценки эффективности стерилизации. Они представляют собой популяцию спор бактерий, нанесенных на инертный носитель. Индикаторы рекомендуется размещать в зонах, наименее доступных для стерилизующего агента. Эти зоны определяют эмпирически или по результатам предыдущих физических измерений, если такие возможны. После завершения действия стерилизующего агента носитель спор переносят в питательную среду, соблюдая правила асептики. Если после инкубации наблюдается рост простерилизованных эталонных микроорганизмов, это свидетельствует о некачественно проведенной процедуре стерилизации.
20.11. ПРОИЗВОДСТВО ПРЕПАРАТОВ В АСЕПТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Производство многих парентеральных лекарственных средств требует создания специальных асептических условий. Понятие «асептика» включает комплекс мероприятий, позволяющих свести к минимуму возможность попадания микроорганизмов или механических включений в лекарственные препараты на всех этап ах технологического процесса. Создание асептических условий представляет собой неразрывную цепь обязательных мероприятий, дополняю-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
щих друг друга. Ошибка, допущенная на одном этапе, может свести на нет всю проделанную работу.
Для обеспечения асептических условий необходимо учитывать источники микробной контаминации препаратов. К ним, как указывалось ранее, относятся производственные помещения, подаваемый вентиляционный воздух, вспомогательные материалы, лекарственные вещества, растворители, используемое оборудование, а также работающий персонал и не соблюдение им производственной дисциплины.
Асептические условия производства стерильных препаратов обеспечиваются в производственных зонах с классом чистоты А и окружающей ее средой класса В. Класс чистоты А предназначен для производства продукции, когда риск загрязнения должен полностью исключаться, такие препараты в дальнейшем не подвергаются стерилизации в конечной упаковке. Уровень контаминации должен быть менее 0,1% с доверительной вероятностью 95%.
Валидация технологического процесса, проводимого в асептических условиях, должна включать моделирование процесса с использованием питательных сред. Контрольное моделирование процесса должно как можно полно имитировать его рутинное ведение в асептических условиях и включать все последующие критические стадии производственного процесса. Моделирование технологического процесса необходимо повторять через установленные промежутки времени, а также после любого существенного изменения в оборудовании или в процессе.
В асептических условиях могут осуществляться такие операции производственного процесса, как вскрытие емкостей со стерильным сырьем, материалами, стерильной первичной тарой и укупорочными средствами; смешивание или растворение ингредиентов; стерильная фильтрация раствора через стерильный фильтр с размером пор 0,22 мкм (или менее), наполнение и герметизация первичных контейнеров и др. Все поступающее сырье, растворители, материалы, первичная тара должны быть предварительно простерилизованы или их микробиологическая контаминация должна быть минимальной.
Приготовление инъекционных растворов, не подвергающихся тепло-
вой стерилизации. Соблюдение всех условий асептики особенно важно при производстве лекарственных препаратов для парентерального применения, не подвергающихся стерилизации в конечной упаковке. Это относится к приг о- товлению инъекционных растворов из термолабильных веществ (барбамил, ад-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
реналина гидрохлорид, эуфиллин, аминазин, дипразин, гексаметилентетрамин, антибиотики или другие препараты микробиологического происхождения, ферменты и гормоны, препараты, получаемые из человеческой крови или плазмы и т.д.).
Растворы гексаметилентетрамина при обычной температуре сравнительно устойчивы и обладают бактерицидным действием. При повышении же температуры происходит гидролиз гексаметилентетрамина с образованием формальдегида и аммиака, поэтому приготовление его 40% раствора проводят в асептических условиях (класс чистоты А), без тепловой стерилизации. Лекарственное вещество, используемое для приготовления инъекционного раствора, должно быть более высокого качества, чем фармакопейный. Он не должен содержать аминов, солей аммония и параформа. Если нет сорта «для инъекций», то гексаметилентетрамин подвергают специальной очистке.
Для получения стабильных растворов эуфиллина пользуются сортом «для инъекций» с повышенным содержанием этилендиамина (18-22% вместо 1418%). Воду для инъекций, предназначенную для приготовления растворов эуфиллина, подвергают освобождению от углекислоты. Эти меры служат для предотвращения гидролиза эуфиллина. 12-24% растворы эуфиллина для инъекций готовят в асептических условиях, без стабилизаторов, разливают и запаивают ампулы в токе азота (газовая защита).
Растворы эуфиллина представляют собой смесь теофиллина (80%) и этилендиамина (20%), последний из которых используется для лучшего растворения труднорастворимого теофиллина. Но при внутривенном введении этилендиамин вызывает побочные эффекты. При незначительной передозировке эуфиллина могут возникнуть более опасные побочные эффекты, такие как судороги, желудочковые аритмии, что связано с токсическим действием этилендиамина. Поэтому были проведены специальные исследования по разработке инъекционного препарата эуфиллина, не содержащего этилендиамин. В настоящее время предложенная технология позволяет получать инъекционный препарат 2% теофиллина без добавления этилендиамина, но для растворения теофиллина используют специальные реакторы с интенсивным перемешивающим устройством и барботером для насыщения раствора азотом.
Водные растворы аминазина и дипразина легко окисляются даже при кратковременном воздействии света с образованием красно-окрашенных продуктов разложения. Для получения стабильных препаратов добавляют антиок-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
сиданты и натрия хлорид – для изотонирования растворов. Изготавливают в строго асептических условиях без проведения тепловой стерилизации.
Важное значение в технологии приготовления инъекционных растворов, не подвергающихся тепловой стерилизации играет процесс фильтрования через бактериальные фильтры, при котором микроорганизмы удаляются из раствора, тем самым обеспечивается его стерильность и апирогенность. Стерильная фильтрация достигается использованием глубинных и мембранных фильтров. Препараты, которые готовят в асептических условиях, могут содержать антимикробные консерванты в соответствующих концентрациях.
Лиофилизированные формы парентерального назначения. В настоя-
щее время расширяется производство лиофилизированных препаратов.
Лиофилизация (холодная сублимация) – один из эффективных путей по-
вышения стабильности малоустойчивых и термолабильных лекарственных веществ, таких как антибиотики, ферменты, гормоны и другие биологически активные жидкости. Для некоторых препаратов это единственно возможный метод получения. При высушивании методом сублимации создаются условия, при которых вещества претерпевают минимальные химические превращения, тем самым уменьшается количество дестабилизирующих факторов и повышается стабильность и качество препарата.
Лиофилизированные препараты представляют собой пористые порошки, содержащие незначительное количество воды и помещенные в стерильные контейнеры. Инъекционные растворы лиофилизированных веществ готовят непосредственно у постели больного с помощью стерильного растворителя, прилагаемого в упаковке. При взбалтывании с указанным объемом соответствующей стерильной жидкости лиофилизированные вещества быстро образуют, свободный от механических включений раствор, который должен отвечать требованиям, предъявляемым к ПЛС.
Процесс лиофилизации проводят в асептических условиях и разделяют на четыре этапа:
–подготовка материала к сублимации (наполнение водными растворами ампул, флаконов, балок-форм и др.);
–замораживание подготовленного материала;
–собственно сублимационная сушка;
–обработка лиофилизованного продукта (укупоривание флаконов, герметизация ампул или последующее распределение лиофилизата).
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Материал, предназначенный для сублимационной сушки, после наполнения контейнеров в асептических условиях замораживают так, чтобы образовалась максимально возможная поверхность при максимальной толщине слоя 1 см. Температура замораживания в зависимости от вида сушенного материала может колебаться от (–20)°С до (–60)°С. Замороженный материал вместе с контейнерами помещают в сублимационную камеру, которая герметически закрывается. В камере создается вакуум порядка 0,133 – 13,33 Па и одновременно подводят тепло. Эти условия идеальны для сублимации водяного пара без повышения температуры высушиваемого материала и без перехода пара в жидкое состояние.
1935 год считается началом промышленного использования данного метода в мировой практике. В бывшем СССР способ сублимационной сушки был запатентован в 1921 году Лаппа Страженецким, хотя активное применение метода началось с 60 – 70-х годов. Тогда же были разработаны сублимационные аппараты КС-30 (позже модели LZ-9, LZ-45) предприятия «Фригера» (бывшая Чехословакия), серия установок ТГ-5, ТГ-15, ТГ-50 фирмы «Хохвакум» (бывшая ГДР), оборудование фирм «Юзифруа» (Франция), «Лейбольд» (Германия), «Эдвардз», «Бризио Бази» (Италия). В настоящее время оборудование для лиофильной сушки поставляется многими фирмами, среди которых «Secfroid» (Швейца-
рия), «Martin Christ» (Германия), «Luxun International Group» (Китай) и др.
Сублимационные установки состоят из охлаждающего агрегата, вакуумного насоса, сублимационной камеры (сублиматора), конденсатора, системы нагревания, системы управления и регистрации процесса. С тех пор, как лиофилизация стала промышленным производственным процессом, внимание разработчиков оборудования уделяется прежде всего экономичности производства, повышению производительности оборудования и расширению возможности использования этого метода для получения высококачественных лекарственных препаратов.
Новейшие конструкции лиофильных сушилок более производительны, используют автоматическую загрузку и разгрузку продукта, а обычная система охлаждения заменена охлаждением жидким азотом. Такие сушилки производят компании «Tofflon» (Китай), «Martin Christ» Германия, «Kyowa Vacuum Engineering, LTD» (Япония) и др.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Эмульсии и суспензии для инъекций. В настоящее время в медицин-
ской практике применяется значительное количество суспензий и эмульсий для парентерального введения. Суспензии для инъекций вводят подкожно, внутримышечно, внутрисуставно (интрасиновиально), они обладают пролонгирующим действием лекарственных веществ. Номенклатура суспензий довольно широка: суспензии гидрокортизона ацетат 2,5%, цинк-кортикотропин, разнообразные суспензии инсулина и др. Эмульсии, в основном, представлены жировыми эмульсиями для парентерального питания, которые будут рассмотрены в следующих разделах.
Технологический процесс получения суспензий и эмульсий для инъекций существенно не отличается от общей технологической схемы производства других ПЛС, но имеют свои особенности. Суспензии готовят в асептических условиях диспергированием стерильного лекарственного вещества в стерильном профильтрованном растворителе. Для улучшения качества получаемой продукции в некоторых случаях используют ультразвуковое воздействие, которое способствует дополнительному измельчению и диспергированию лекарственного вещества в растворителе, а с другой стороны, придает лекарственной форме стерильность. В этих условиях величина частиц уменьшается до 1–3 мкм и такие суспензии и эмульсии теоретически могут быть пригодны для введения даже в кровяное русло. Для повышения стабильности в технологии производства суспензий и эмульсий используют сорастворители, стабилизаторы, эмульгаторы и консерванты.
Эмульсии для инъекций не должны обнаруживать признаков расслоения. В суспензиях для инъекций может наблюдаться осадок, который должен быстро диспергироваться при взбалтывании, образуя суспензию. Образовавшаяся суспензия должна быть достаточно стабильной для того, чтобы обеспечить необходимую дозу при введении.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.12. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА НЕКОТОРЫХ ПАРЕНТЕРАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ
20.12.1. Производство неводных растворов для инъекций
Растительные масла по-прежнему являются основной неводной средой для получения инъекционных растворов из веществ, нерастворимых в воде. Технологический процесс производства масляных парентеральных препаратов имеет особенности:
1.Растительные масла предварительно подвергаются стерилизации при 120оС в течение 2 часов.
2.Растворение лекарственного вещества проводят в полуохлажденном (40-60оС) масле. В ряде случаев для улучшения растворимости вводят стерильные сорастворители.
3.Масляные растворы не взаимодействуют с ингредиентами стекла и влияние ампульного стекла исключается, поэтому их можно помещать в ампулы, изготовленные из стекла 2 класса (марки АБ-1).
4.При наполнении ампул неводными растворами возникает опасность загрязнения капилляра маслом, которое при последующей укупорке может пригорать и препятствовать качественной запайке. Рациональным методом наполнения следует считать – шприцевой, а запайку проводить методом оттяжки капилляра.
5.Запаянные ампулы, содержащие масляный раствор лекарственного вещества, стерилизуют при 110оС в течение 30 минут, если нет других указаний.
6.Определение герметичности таких ампул проводят в воде.
7.Ампулы с масляными растворами моют в мыльном растворе. Номенклатура масляных растворов для инъекций представлена 20% рас-
твором камфоры в масле, 0,5% раствором дезоксикортикостерона ацетата, 1% и 5% раствором тестостерона пропионата и других гормонов, а также рядом противоопухолевых препаратов для инъекций.
20.12.2. Инфузионные лекарственные формы
Для оказания экстренной медицинской помощи и интенсивной терапии при различных патологических состояниях основным медикаментозным направлением является применение инфузионных лекарственных средств парентерального назначения.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Инфузионная терапия является составной частью комплекса лечебных мероприятий, проводимых при заболеваниях и повреждениях, сопровождающихся значительными патологическими изменениями в организме.
В основе инфузионной терапии лежит длительное парентеральное введение в организм значительных объемов (более 100 мл) лекарственных средств, представляющих собой стерильные апирогенные водные растворы или эмульсии (содержащие в качестве дисперсионной среды воду), обычно изотоничные плазме крови и обладающие как избирательным, так и полифункциональным действием на организм.
Применение инфузионных препаратов имеет огромное значение для медицинской практики, так как их изготовление позволяет уменьшить количество донорской крови, введение их в кровяное русло проще, они совместимы со всеми группами крови человека, но по сравнению с кровью более стабильны при хранении, более доступны и дешевы.
Ведущее положение по производству инфузионных препаратов занимают фирмы Германии, так фирма «Braun Melsungen» производит: метронидазол; аминокислотные растворы для парентерального питания (аминоплазмаль, нефроплазмаль, глюкоплазмаль, комбиплазмаль); солевые растворы (осмофундин, стерофундин); плазмозамещающие и дезинтоксикационные (онковертин (декстран 40), гелофузин, гемакцель, плазмагель, плазмион (на основе модифицированного желатина), реогез 4, 6 и 10% раствор на основе полиоксикрахмала, растворы глюкозы и ксилита с электролитами).
Инфузионные концентраты противовирусного действия фирмы «Glaxo Wellcome» – Зовиракс (ацикловир), Ретровир (зидовудин). При этом Ретровир является первым в мире препаратом, получившим во многих странах лицензию на применение для лечения больных СПИДом. Японские фирмы производят, в основном, препараты для парентерального питания на основе аминокислот и липидов (Мориамин, жировая эмульсия Венолипид и др.).
Среди новых разработок инфузионных препаратов следует отметить создание концентратов для инфузий, содержащих лекарственные вещества в малом объеме носителя. Продолжаются исследования по созданию комбинированных инфузионных средств с аминокислотами, электролитами, углеводами, витаминами для парциального и полного парентерального питания. Проводятся также работы по созданию инфузионных препаратов-генериков противоопухо-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
левого, противомикробного и противопаразитарного действия на основе ципрофлоксацина, офлоксацина, пефлоксацина и др.
На предприятиях Украины, по сравнению с зарубежными фирмами, производится весьма ограниченный ассортимент инфузионных препаратов (около 36), в связи с чем, их разработка и внедрение в производство являются актуальными и представляют ведущих одну из задач отечественной фармации.
Инфузионные препараты являются самой сложной группой парентеральных лекарственных форм, поскольку они различаются по лекарственной форме (растворы, концентраты, эмульсии, лиофилизированные порошки и т.д.), технологическим признакам и широким спектром фармакологического действия. К ним относятся так называемые физиологические растворы, которые по составу растворенных веществ способны поддерживать жизнедеятельность клеток и органов, не вызывая существенных сдвигов физиологического равновесия в организме. Растворы, по свойствам максимально приближающиеся к плазме человеческой крови, называются кровезамещающими жидкостями. При различных патологических состояниях, сопровождающихся потерей крови, шоком, нарушением водно-электролитного и кислотно-щелочного состояния организма, возникает острая необходимость введения в кровяное русло значительных объемов инфузионных растворов.
В зависимости от функции, выполняемой при введении в организм, инфузионные лекарственные средства подразделяют на 6 групп:
1.Гемодинамические или противошоковые препараты. Предназначе-
ны для лечения шока различного происхождения, восполнения объема циркулирующей крови и восстановления нарушений гемодинамики при использовании аппаратов искусственного кровообращения. К данной группе относятся – полиглюкин, реополиглюкин, желатиноль, реоглюман, плазмион, гелофузин, реогез и др. Часто к противошоковым растворам добавляют этанол, бромиды, барбитураты, наркотические вещества, нормализующие возбуждение и торможение центральной нервной системы, а также глюкозу, активирующую окисли- тельно-востановительные процессы организма.
2.Дезинтоксикационные растворы. Многие заболевания и патологические состояния сопровождаются интоксикацией организма (инфекционные заболевания, обширные ожоги, почечная и печеночная недостаточность, отравление различными ядовитыми веществами и др.). Для их лечения необходимы целенаправленные дезинтоксикационные растворы, компоненты которых должны
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
связываться с токсинами и быстро выводиться из организма. К таким соединениям относятся растворы поливинилпирролидона, спирт поливиниловый, гемодез, полидез, неогемодез, глюконеодез, энтеродез и др.
3.Регуляторы водно-солевого баланса и кислотно-основного равно-
весия. Такие растворы осуществляют коррекцию состава крови при обезвоживании, вызванной диареей, при отеках мозга, токсикозах, ацидозе или алкалозе крови и т.д. К ним относятся солевые растворы 0,9% и 10% растворы натрия хлорида, дисоль, трисоль, квинтасоль, растворы Рингера и Рингера-Локка, жидкость Петрова, 4,5-8,4% растворы натрия гидрокарбоната, 0,3-0,6% раствор калия хлорида и др.
4.Препараты для парентерального питания. Они служат для обеспе-
чения энергетических ресурсов организма, доставки питательных веществ к органам и тканям, особенно после операционных вмешательств на органах желу- дочно-кишечного тракта; при коматозных состояниях больного, когда он не может принимать пищу естественным путем и т.д. Препараты для парентерального питания подразделяются на:
•Источники аминокислот (гидролизат казеина, аминопептид, аминокровин, фибриносол, аминофосфатид, аминоплазмаль, нефроплазмаль, мириамин). Поскольку внутривенное введение белков может привести к сенсибилизации, поэтому для парентерального белкового питания используют растворы на основе смесей индивидуальных аминокислот или препараты, содержащие аминокислоты, образующиеся при глубоком синтезе белков;
•Источники углеводов (растворы глюкозы 5, 10, 25, 40%, растворы глюкозы и ксилита с электролитами).
•Источники жирных кислот (липостабил, липидин, липофундин, интралипид, венолипид, липомуль, липифизан, фатген и др.). Дисперсионной средой жировых эмульсий являются водные растворы глицерина или сорбита, обеспечивающие осмолярность препарата и повышение его стабильности;
В настоящее время развивается направление комбинированного применения аминокислотных растворов в сочетании с растворами глюкозы, жировыми эмульсиями и витаминами.
5.Препараты с функцией переноса кислорода. Они предназначены для восстановления дыхательной функции крови, к ним относят препараты на ос-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
нове перфторуглеродных соединений. Эта группа инфузионных лекарственных средств находится в стадии изучения и развития.
6. Комплексные препараты с широким спектром действия. Эти поли-
функциональные препараты, обладающие широким диапазоном действия, могут комбинировать несколько выше перечисленных функций. К ним относят сорбилакт, реосорбилакт, метронидазол, концентраты противовирусного действия – зовиракс, ретровир.
Особенности применения инфузионных препаратов (значительное количество, длительность введения, особые нестабильные патологические заболевания или экстремальная терапия) обусловливают к ним высокие требования.
Помимо общих требований, предъявляемых к парентеральным лекарственным средствам (апирогенность, стерильность, стабильность, отсутствие механических включений), к инфузионным препаратам предъявляют и специфические требования. При введении в кровяное русло они должны выполнять свое функциональное назначение, при этом полностью выводиться из организма, не кумулируя. Они не должны повреждать ткани и не нарушать функции отдельных органов. В связи с большими вводимыми объемами кровезамещающие препараты не должны быть токсичными, не вызывать сенсибилизацию организма при повторных введениях, не раздражать сосудистую стенку и не вызывать эмболию. Их физико-химические свойства должны быть постоянными. Многие инфузионные растворы обязательно должны быть изотоничны, осмолярны, изоионичны, изогидричны, их вязкость должна соответствовать вязкости плазмы крови.
Изотоничность – способность растворов иметь осмотическое давление, равное осмотическому давлению жидкостей организма (плазмы крови, слезной жидкости, лимфы и т.д.). Сказанное не имеет отношения к тем случаям, когда с терапевтической целью используют заведомо гиперили гипотонические растворы.
Изоионичность – свойство инфузионных растворов содержать определенные ионы в соотношении и количествах, типичных для сыворотки крови. Поэтому в состав инфузионных препаратов входят ионы К+, Са2+, Mg2+, Na+, Cl- SO42-, PO43- и др. В настоящее время производятся плазмозамещающие растворы, имеющие в своем составе до 40 микроэлементов, выполняющие важную физиологическую роль.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Изогидричность – способность сохранять постоянство концентраций водородных ионов, равное рН плазмы крови. В крови это постоянство достигается присутствием буферов (регуляторов реакции) в виде карбонатной и фосфатной систем, а также белковых систем, которые по природе являются амфолитами и в зависимости от рН среды могут удерживать и водородные и гидроксильные ионы. Эти системы принимают на себя и регулируют все воздействия, направленные на изменение реакции среды. Однако при некоторых патологических состояниях возникают изменения рН крови (алкалоз или ацидоз), т.е. в знач и- тельных количествах образуются щелочные или кислые продукты обмена или токсинов. Буферные системы организма не в состоянии нейтрализовать такое воздействие, поэтому вводят инфузионные растворы, которые способствуют нормализации рН жидкостей организма. Изогидричность физиологических растворов достигается введением натрия гидрокарбоната, натрия гидрофосфата и натрия ацетата.
При использовании инфузионных растворов часто возникает необходимость в длительной их циркуляции при введении в кровяное русло. В такие растворы добавляют вещества, повышающие вязкость, приближая ее к вязкости плазмы крови человека: продукты белкового происхождения и высокополимерные соединения натурального и синтетического происхождения. Из числа синтетических ВМС наиболее часто используют декстран, на основе которого готовят многие препараты (полиглюкин, рондекс, реоглюман, макродекс, интрадекс и декстравен и др.); к группе натуральных – относят растворы желатина (желатиноль, плазмажель, геможель и др.).
Физиологические константы некоторых показателей крови: в норме значение рН крови 7,36 – 7,47; вязкость 0,0015 – 0,0016 Н . с/м2. Осмотическое давление плазмы крови держится на уровне 725 кПа или 7,4 атм. Температура депрессии сыворотки крови – 0,52оС.
Промышленное производство инфузионных лекарственных средств является особым и самостоятельным разделом фармацевтической технологии лекарств, который постоянно совершенствуется, используя новейшие достижения мировой науки. Современные требования к качеству препаратов парентерального назначения наиболее полно реализуется в крупномасштабных производствах, обеспечивающих высокую степень чистоты, стабильность, стерильность, автоматизацию технологических процессов производства и др.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Инфузионные лекарственные средства по технологическому признаку можно классифицировать как:
•Растворы для внутривенных инфузий;
•Эмульсии для внутривенных инфузий;
•Концентраты для внутривенных инфузий;
•Порошки и лиофилизированные формы для внутривенных инфузий;
•Инфузионные препараты, приготовленные методом замораживания. Общая технологическая схема производства инфузионных растворов и
эмульсий незначительно отличается от последовательности операций при получении инъекционных лекарственных средств, но имеет отличия при производстве инфузионных препаратов методом замораживания.
Концентраты для внутривенных инфузий. Инфузионные растворы вы-
пускаются как в готовых к употреблению формах без предварительного разбавления, так и в форме концентрированных растворов, содержащих лекарственные вещества в малом объеме носителя. Концентраты представляют собой стерильные растворы, предназначенные для инфузий после разведения до указанного объема соответствующей жидкостью. После разведения полученный раствор должен соответствовать требованиям, предъявляемым к инфузионным растворам.
Одним из дополнительных требований, предъявляемых к концентратам, является их совместимость с растворителями, используемыми для разведения; стабильность после разбавления и возможность внутривенного введения.
В качестве растворителей концентратов для внутривенных инфузий применяются солевые растворы и низкоконцентрированные (5% и 10%) растворы глюкозы, специальные составы на основе одно- и многоатомных спиртов, смеси неводных растворителей с неионными ПАВ (противоопухолевый «Таксол»), реже – инфузионные растворы других групп.
Разработка концентратов для инфузий позволяет значительно увеличить номенклатуру лекарственных средств и расширить возможности инфузионной терапии.
Инфузионные лекарственные препараты, приготовленные методом замораживания. За рубежом в последнее время развивается новое направление производства замороженных инфузионных растворов, выпускаемых в 0,9% растворе натрия хлорида или 5% растворе глюкозы в специальных контейнерах
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
типа «Galaxy» или «Viaflex» объемом 50 и 100 мл. Ведущее положение в изготовлении таких препаратов занимают фирма «Travenol Laboratories Inc.» (США), являющаяся инноватором в области систем доставки лекарственных средств и фирма «Baxter I.V. Systems», производитель контейнеров для замороженных инфузионных растворов.
Суть данной технологии состоит в том, что приготовленный стерильный раствор в контейнере замораживают и хранят при температуре не выше (–20) °С. После размораживания растворы подлежат немедленному использованию в течение 24 часов или непродолжительному хранению при температуре 2-8°С.
Эту технологию применяют для получения готовых к употреблению инфузионных растворов из нерастворимых в воде цефалоспориновых антибиотиков и антибиотиков других групп.
Препараты для парентерального питания. Одной из задач инфузион-
ной терапии является обеспечение и восполнение потребности организма в пластических и энергетических материалах и витаминах. При некоторых патологических состояниях (резкое затруднение глотания, сужение или полная непроходимость пищевода или входа в желудок, состояние после различных операций на ЖКТ, ранение и ожоги этих органов, обезвоживание организма, бессознательное состояние, психозы с отказом от приема пищи) возникает необходимость в парентеральном питании – внутривенном введении препаратов, содержащих сбалансированную смесь аминокислот, углеводов, жировых эмульсий для профилактики белковой недостаточности и обеспечения энергетических потребностей организма.
Исключительно важная задача искусственного питания – восполнение белковых потребностей – осуществляется введением азотсодержащих препаратов, выпускаемых в виде белковых гидролизатов, или растворов синтетических смесей кристаллических аминокислот. Значение белков состоит в том, что они используются для обновления и образования различных клеточных структур и межклеточных веществ, составной частью которых они являются. Функционирование белков лежит в основе важнейших процессов, протекающих в организме. Белковые вещества (ферменты) выполняют роль высокоспецифических катализаторов биохимических процессов. Важную группу составляют регуляторные белки, к которым относятся пептидно-белковые гормоны, секретируемые эндокринными железами, и специфические рецепторные белки плазмати-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ческих мембран, передающие регуляторные сигналы в клетку и обеспечивающие их восприятие. Введение этих препаратов позволяет восполнить азотистые потери, но практически мало влияет на общий энергетический баланс организма. Энергетическая ценность белковых препаратов составляет примерно 17 кДж/г (4 ккал/г).
На фармацевтическом рынке Украины представлено незначительное количество белковых препаратов парентерального назначения и только один препарат «Аминол» отечественного производства (фирма «Юрия-фарм»). Препараты «Аминоплазмаль», «Аминоплазмаль НЕРА», «Аминорозток», «Аминостерил КЕ», «Инфезол» содержат аминокислоты в сочетании с электролитами. «Аминосол», «Гепасол» и «Глутарсол» содержат аминокислоты, электролиты и витамины группы В, обладают дезинтоксикационным и гепатопротекторным действием.
Незначительные энергетические потребности организма при парентеральном питании покрываются за счет введения препаратов энергетического назначения (растворы глюкозы, других углеводов, многоатомных спиртов). Широкое использование углеводов объясняется тем, что они являются наиболее доступными источниками энергии для организма больного. Но их применение имеет ограничения. Учитывая, что суточная потребность в энергии составляет около 1500-2000 ккал, то для ее обеспечения потребуется 7-10 л изотонического раствора углеводов, что может привести к серьезным осложнениям (гипергидратация, отек легких, сердечно-сосудистые нарушения). Применение более концентрированных растворов глюкозы чревато опасностью возникновения гиперосмолярности плазмы, а также раздражением вен с развитием флебитов и тромбофлебитов. Среди многочисленных углеводов в практике парентерального питания применяют глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерол, декстран.
Значительное место в парентеральном питании занимают инфузионные препараты жиров, представляющие собой мелкодисперсные устойчивые эмульсии масло-вода с размером частиц не более 3 мкм. Препараты эмульгированных жиров для парентерального питания, по сравнению с белковыми и углеводными, отличаются наиболее высокой энергетической ценностью (более 38 кДж/г или 9 ккал/г), что облегчает составление парентеральных рационов без повышения физиологически допустимых количеств вводимой жидкости, которое наблюдается при введении растворов, содержащих углеводы.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Значение жировых эмульсий в парентеральном питании не ограничено их энергетической ценностью. Входящие в состав этих препаратов растительные жиры и фосфолипиды, содержат значительное количество незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (линолевой, линоленовой, арахидиновой), которые выполняют исключительно важную роль в метаболических процессах, составляют постоянные структурные элементы клеточных мембран (мембранные липиды) и являются предшественниками тканевых гормонов – простагландинов. В состав растительных эмульгирующих жиров входят жирорастворимые витамины А, Д, Е, К.
Длительное время введение липидов в парентеральном питании рассматривалось исключительно как средство обеспечения энергии и корреляции дефицита незаменимых жирных кислот. По своему физиологическому и фармакологическому действию поступление их более значимо, чем обеспечение организма энергией. Ненасыщенные жирные кислоты являются структурными компонентами всех клеточных мембран и способствуют восстановлению их структур, проницаемости и осмотической резистентности. Кроме того, они как предшественники простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов играют важную роль в восстановлении метаболической и газообменной функций легких, обеспечивают транспорт липидов, являются модуляторами иммунных процессов. В связи с этим в настоящее время жировые эмульсии рассматриваются как источники эссенциальных липидов для организма и как незаменимые компоненты парентерального питания.
Размер частиц диспергированного масла в эмульсиях во много раз меньше диаметра эритроцитов (7-8 мкм). Основная масса частиц в жировых эмульсиях имеет размер 0,5 – 1,0 мкм, т.е. соответствует размерам хиломикронов крови. Благодаря мелкодисперсности и изоосмолярности жировые эмульсии не раздражают стенку вены и даже уменьшают раздражающее действие других веществ.
Включение жиров в парентеральное питание имеет ряд преимуществ:
–Сокращение суммарного объема инфузии для достижения необходимого потребления энергии.
–Улучшение утилизации субстратов и снижение риска гипергликемии.
–Обеспечение организма незаменимыми жирными кислотами. Эмульсии для парентерального питания применяются в клинической
практике уже более 40 лет, пройдя сложный путь развития.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
В настоящее время жировые эмульсии подразделяют не несколько типов:
1.Стандартные – жировые эмульсии на основе длинноцепочечных триглицеридов (Интралипид, липовеноз и др.).
2.Физические смеси эмульсий средне- и длинноцепочечных триглицеридов (Липовеноз МСТ/ЛСТ, липофундин и др.).
3.Жировые эмульсии на основе оливкового/соевого масел (СМОФлипид, Омегавен) и структурированных липидов (Структолипид). СМОФлипид является усовершенствованным вариантом жировых эмульсий, в котором оптимизирован и хорошо сбалансирован состав жирных кислот. Структурированные триглицериды содержат сбалансированное соотношение средне- и длинноцепочечных триглицеридов и меньшее количество октаеновой кислоты, поэтому более безопасны, чем физические смеси.
Для стабилизации жировых эмульсий в их составы вводят ПАВ, которые образуют вокруг жировых микрокапель молекулярные слои, ориентированные гидрофобными (липофильными) радикалами к жиру и гидрофильными к водной фазе. Так создаются структуры, известные под названием липосом. Такое раздвоение придает фосфолипидным молекулам свойство самопроизвольно образовывать в воде мембраны, которые представляют собой двойной слой липидных молекул, обычно называемый липидным бислоем.
Для практического применения липосом исключительно важна их способность включать в себя и удерживать вещества различной природы – от неорганических ионов и низкомолекулярных органических соединений до крупных белков и нуклеиновых кислот. Вещество, находящееся в липосоме, защищено
еемембраной от действия неблагоприятных факторов, а с другой стороны – та же мембрана не позволяет превысить допустимую концентрацию вещества в биожидкостях организма. Липосома в данном случае выполняет роль хранилища (микрорезервуара), из которого препарат высвобождается постепенно, в нужных дозах и в течение требуемого промежутка времени. Поэтому эмульсии для парентерального питания можно отнести к лекарственным формам третьего поколения.
Липосомы получают из природных липидов, поэтому они нетоксичны, не вызывают нежелательных иммунных реакций и биодеградируемые под действием обычных ферментов, присутствующих в организме.
Состав эмульгатора подбирается в зависимости от состава эмульсии и концентрации нейтральных липидов, которые содержат фосфатидилхолин,
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
сфингомиелин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин. Наиболее часто в качестве эмульгаторов применяют фосфолипиды, выделенные из яичного желтка, мозга крупного рогатого скота, подсолнечника, сои.
Фосфолипиды практически не проявляют фармакологического действия, но являются полезными для организма фосфорсодержащими энергетическими соединениями. Выполняя функцию стабилизатора, они являются одновременно и нужными веществами для ослабленного организма больного.
Кроме фосфолипидов растительного и животного происхождения возможно применение и других эмульгаторов: неионные ПАВ (блок-сополимеры пропилен- и этиленоксида, эфиры полиоксиэтилена и сорбитана), производные холевой кислоты, высших жирных кислот (олеиновой, стеариновой пальмитиновой и др.) или их физиологически приемлемые соли, аминокислоты, лецитин, некоторые ВМС (альбумин, декстран, желатин) и т.п.
Обязательным условием является отсутствие в составе эмульгаторов веществ с высокой гемолитической активностью, которые образуют малоактивный комплекс с протромбином, что в свою очередь приводит к снижению скорости взаимодействия активной протромбиназы с протромбином и, следовательно, к замедленному образованию продукта активации – тромбина. Активность тромбина снижается, а это приводит к замедлению воздействия тромбина с фибриногеном и замедлению образования мономерного фибрина.
Антигемолитические эмульсии. Исследования фосфатидилэтаноламина яичного желтка показали, что он способен задерживать гемолиз эритроцитов. Создание на его основе липидной эмульсии позволяет предотвратить специфический иммунный гемолиз эритроцитов. Однако созданные до настоящего времени препараты задерживают гемолиз лишь на 40-60%. Максимально высоким эффектом обладают препараты, содержащие не менее 60-65% фосфатидилэтаноламина. Жировые эмульсии, созданные на его основе укрепляют мембрану эритроцитов, инактивируют комплемент сыворотки крови и задерживают гемолиз на 95-100%. Одним из препаратов этой группы жировых эмульсий является «Аминофосфатид», который содержит до 3% фосфолипидов, среди которых: 60-65% фосфатидилэтаноламина, 20-30% фосфатидилхолина, 10-20% сфингомиелина и цереброзид. Препарат апирогенен, безвреден и применяется внутривенно при лечении гемолитических явлений различной этиологии.
Технологический процесс получения эмульсий для парентерального питания существенно не отличается от общей технологической схеме производст-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ва инфузионных препаратов и осуществляется в помещениях с классом чистоты не ниже С.
Оптимальный размер частиц эмульсий для парентерального питания (не более 0,8-1 мкм) получают с помощью методов механического и ультразвукового диспергирования.
Сложным вопросом технологии жировых эмульсий являются вопросы их стерилизации (кроме эмульсий, полученных методом ультразвукового диспергирования). В настоящее время основным способом стерилизации является термическая обработка, однако это приводит к окислению фосфолипидов и триглицеридов, что снижает устойчивость жировых эмульсий при хранении. Более прогрессивным методом стерилизации является ультрафильтрация через различные мембранные ультрафильтры.
К настоящему времени определился довольно однотипный, не только в качественном, но и в количественном отношении состав жировых эмульсий для парентерального питания: фракционированное и специально очищенное растительное масло (соевое, подсолнечное, оливковое и др.) – 10-20%, фракционированные фосфолипиды (соевые, яичные) – 1,2%, углеводная добавка для обеспечения изотоничности (глицерин, ксилит, сорбит) и вода для инъекций. В эмульсии вводят также токоферолы и метионин для достижения антиоксидантного эффекта и улучшения утилизации жира.
Фармацевтической промышленностью зарубежных стран выпускаются и широко используются в лечебной практике такие препараты жировых эмульсий для парентерального питания, как «Интралипид» (Швеция), «Липофундин», «Липовеноз» (Германия, Финляндия), «Венолипид» (Япония), «Липозин» (США) и другие. Отечественная фармацевтическая промышленность выпускает препарат «Липидин», который представляет собой 20% эмульсию подсолнечного масла, стабилизированную 1% растительным фосфатидилхолином.
Дальнейшее совершенствование жировых эмульсий привело к появлению новых типов эмульсий для парентерального питания – СМОФ-липид, Структолипид, Омегавен и др.
Особую группу составляют жировые эмульсии, содержащие различные лекарственные вещества в липосомах, способные доставлять препараты в определенные органы и ткани – «ультраэмульсии». Они способны проходить через гематоэнцефалический барьер, избирательно накапливаться в глиобластоме и
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
саркоме (например, жирорастворимый цитостатик), с их помощью можно доставлять в ткани транквилизаторы, витамины и другие лекарственные вещества.
Разработка и приготовление жировых эмульсий для парентерального питания, отличающихся сверхвысокой дисперсностью, сохраняющихся годами, нетоксичных, апирогенных, пригодных для внутривенного введения в больших дозах (до 200 г жира в сутки для взрослого человека) представляет весьма сложную и ответственную задачу. Жировые эмульсии для парентерального питания на сегодняшний день самые сложные по своей физико-химической природе препараты в трансфузиологии.
В то же время нельзя не учитывать, что ввиду своих физико -химических особенностей эти препараты весьма уязвимы к всевозможным неблагоприятным механическим, физическим и другим воздействиям, таким как длительное хранение при комнатной температуре, замерзание, частые взбалтывания, воздействие солнечного света и т.п., которые могут привести к нарушению их стабильности и накоплению продуктов окисления – перекисей, альдегидов, кетонов, что отрицательно отражается на их безвредности.
Обязательными для заключения о пригодности для клинического применения препаратов жировых эмульсий для парентерального питания следует считать следующие исследования:
–визуальное исследование препарата;
–проверка стабильности эмульсии методом центрифугирования;
–измерение диаметра микрочастиц масла в эмульсии под иммерсионным микроскопом;
–определение рН эмульсии;
–контроль стерильности;
–испытания на общую токсичность;
–испытания на пирогенность.
Использование липидных лечебных эмульсий расширяет арсенал лечебных препаратов из природного сырья. Поиски новых лекарственных средств в этом направлении является актуальным.
Инфузионные эмульсии на основе перфторуглеродов. Изучение пол-
ностью фторированных органических перфторуглеродов (ПФОС) началось в 70-х годах прошлого столетия после опубликования работ Кларка, Гейера, Голлана, Наито, Словитера и Якоямы. Эти соединения обладают рядом необычных свойств, среди которых наиболее привлекательны химическая инертность и
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
способность растворять значительные количества газов при нормальном давлении – до 50 об.% кислорода и до 190 об.% углекислого газа. В силу этого ПФОС стали претендовать на роль уникальных переносчиков кислорода, на основе использования которых оказалось возможным предложить отличные от традиционных методы искусственной оксигенизации клеток, изолированных органов, целого организма и разработать новые подходы к проблеме обеспечения газообмена в живых системах.
Создание трансфузионных сред, способных осуществлять транспорт кислорода и углекислого газа в большей степени, чем традиционные кровезаменители, крайне важно для многих направлений клинической медицины. Интерес к искусственным газотранспортным препаратам связан не только с опасностью, недостатками или нехваткой донорской крови и ее компонентов, но и с ростом числа ситуаций, когда требуется большое количество донорской крови (стихийные бедствия, транспортные и промышленные аварии, региональные военные конфликты и т.п.), и когда наблюдается дефицит времени для оказания первой медицинской помощи пострадавшим. Такие препараты также необходимы для длительной консервации органов, предназначенных для пересадки, при лечении анемии, гемофилии и даже СПИДа.
На сегодня существуют два основных направления создания искусственных газоносителей – кровезаменителей:
1. Первое – на основе использования природных кислородопереносящих белков (в основном модифицированного гемоглобина из эритроцитов крови) прошло длительный путь развития и только к настоящему времени достигло клинических испытаний. Такие препараты должны обеспечивать газотранспорт на уровне свежезаготовленной донорской крови в острый период после кровопотери на срок не менее 10-20 часов, не оказывать повреждающего действия на организм, обладать достаточно длительным сроком хранения (2-3 года). К н а- стоящему времени к этим требованиям приближаются следующие препараты на основе модифицированного гемоблобина:
–полигемоглобин, разработанный "Нортфилд Лэборэториз" (США), где уже приступили к созданию крупномасштабного производства;
–модифицированный гемоглобин, разработанный "Бэкстэр" (США), и уже разрешенный FDA для клинических испытаний;
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
–модифицированный гемоглобин "Гемоксан", разработанный в НИИ переливания крови ГНЦ РАМН (Россия), прошедший фазу экспериментального изучения и биологических испытаний;
–препарат "Геленпол", разработанный в ИВС РАН совместно с РосНИИГиТ (Россия).
2. Второе направление, основой которого являются синтетические – перфторорганические соединения (ПФОС) – существенно отличается от первого, т.к. в данном направлении не требуется забора донорской крови для получения эритроцитов с последующим выделением гемоглобина. В «искусственной крови», полученной с помощью перфторорганических эмульсий, нет природных компонентов, а в качестве сырья используются соединения, получаемые химическим путем. Данное направление, по мнению ряда специалистов, является более перспективным.
Использование искусственных кровезаменителей на основе ПФОС имеет принципиальные преимущества перед донорской кровью:
–отсутствие проблем, связанных с групповой, подгрупповой несовместимостью и другими фактами;
–отсутствие иммунологического конфликта;
–отсутствие проблемы передачи вирусного гепатита, возбудителей СПИДа и других инфекций;
–длительное время циркуляции в кровеносном русле пациента с сохранением газотранспортной функции;
–крайне высокие скорости растворения и выделения газов;
–при длительном хранении не ухудшается газотранспортная функция;
–возможность организации массового производства.
Кприменению перфторуглеродных эмульсий до недавнего времени относились предвзято, поскольку первый коммерческий препарат – Флюозол-DA (Green Cross Corp., Japan), обеспечивал удовлетворительную консервацию органов, но недостаточную газотранспортную эффективность. Ситуация существенным образом осложнилась, когда обнаружилась высокая реактогенность препарата у лиц европеоидной расы. В итоге Флюозол-DA зарегистрирован не был. В настоящее время проходит клиническую апробацию еще ряд препаратов второго поколения – Oxygent и Imagent (Alliance Pharmaceutical Corp., USA).
Внастоящий момент единственным в мире препаратом на основе перфторуглеродных соединений, разрешенным к клиническому применению, явля-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ется Перфторан. Препарат обладает газотранспортными, гемодинамическими, мембраностабилизирующими, реологическими, диуретическими, кардиопротекторными и сорбционными свойствами. В состав перфторана входят перфтордекалин, быстровыводящиеся липофильные перфторуглероды, перфторметилциклогексилпиперидин и медленно выводящиеся перфторированные третичные амины.
Перфторан представляет собой перфторуглеродную прозрачную эмульсию для инфузий с размером частиц в диапазоне 0,065 – 0,07 мкм и рН 7,2-7,8. Благодаря голубому оттенку, перфторан в СМИ более известен под названием «голубая кровь».
Он совместим с донорской кровью, растворами альбумина, декстрозы, антибиотиков, плазмозамещающими растворами, имеющими в основе электролитный состав и не поддерживающими коллоидно-осмотическое давление. Растворы, которые влияют на коллоидно-осмотическое давление (препараты декстрана и гидроксиэтилкрахмала), полиглюкин, реополиглюкин способствуют резкому укрупнению среднего размера частиц эмульсии и изменяют ее биологические и физико-химические свойства.
Препарат хранят в замороженном состоянии при температуре от (–4) 0С до (–18) 0С, в размороженном виде хранят при температуре +4 0С не более двух недель. Предназначен для капельного или струйного внутривенного введения.
Основной проблемой при разработке препарата явилось получение стабильной многокомпонентной ультраэмульсии для парентерального применения. ПФОС не растворимы в воде и других жидкостях, поэтому их можно вводить только в виде эмульсий с субмикронным размером перфторуглеродных частиц, покрытых слоем эмульгатора. Для решения поставленной задачи был разработан новый способ получения эмульсии, защищенный патентом.
Наиболее распространенные технологии получения эмульсий подобного рода основаны на использовании ультразвука или гомогенизации под высоким давлением. Для промышленного производства перфторана предпочтение отдали гомогенизационному способу, который позволяет получать эмульсию с лучшими физико-химическими характеристиками.
В предлагаемом способе был выбран комбинированный режим давления при эмульгировании. При гомогенизации эмульсии под высоким давлением (700-1000 атм.) был открыт эффект, при котором эмульгирование необходимо прерывать до того момента, пока не начинается процесс вторичного укрупне-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ния частиц, и продолжать гомогенизацию эмульсии уже при «среднем» давлении (400-490 атм.), когда осуществляется мягкое «доведение» эмульсии до среднего размера частиц (0,03-0,05 мкм). При этом доля частиц с минимальным диаметром (до 0,01 мкм) достигает 87%, а доля частиц максимального диаметра (свыше 0,20 мкм) составляет 0,3%.
Уменьшение среднего размера частиц эмульсии до 0,03-0,04 мкм (диаметр частиц уменьшен на 33-50%) позволяет хранить эмульсию при комнатной температуре (20oС) в течение одного месяца, так как укрупнение при хранении происходит всего лишь до среднего размера 0,11-0,12 мкм. Кроме того, чем меньше средний размер частиц эмульсии при внутривенном введении, тем лучше реологические свойства натуральной крови и больше площадь газообмена. Так, например, в 400 мл перфторуглеродной эмульсии со средним размером частиц 0,07 мкм частицы имеют общую площадь газообмена в 45000 м2, при этом общая площадь газообмена у всех эритроцитов в крови с их средним размером 7 мкм на порядок меньше и составляет 3500 м2. Это приводит к увеличению процесса переноса кислорода между частицами эмульсии и организмом за счет большей поверхности газообмена, что является важнейшим фактором в обеспечении организма кислородом, поскольку субмикронные частицы со средним размером 0,03-0,04 мкм легко проникают туда, куда не может проникнуть эритроцит, размеры которого в 200 раз больше.
Впредлагаемом способе экспериментально определен температурный режим эмульгирования, который оказывает существенное влияние на укрупнение частиц эмульсии и упрощена схема гомогенизационной системы, что сокращает время производства эмульсии. Стерильность эмульсии обеспечивают ультрафильтрацией и асептическими условиями производства.
Врезультате удается получать субмикронный, стабильный, многокомпонентный, монодисперсный по размеру частиц препарат, что гарантирует безопасность его применения за счет снижения реактогенных свойств эмульсии.
Развитие данного направления в СССР стало возможным благодаря успешным исследованиям в области химии перфторуглеродов, проведенным под руководством академика И.Л. Кнунянц. Изучение их медицинского применения
вбиологических экспериментах началось по инициативе проф. Ф.Ф. Белоярцева и З.А. Чаплыгиной. В конце 70-х годов прошлого столетия в Институте биофизики АН СССР Ф.Ф. Белоярцев с сотрудниками впервые выполнили работы
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
по длительной внеклеточной оксигенизации с помощью фторуглеродных оксигенаторов и создали заменитель человеческой крови – перфторан.
Препарат прошел все стадии клинических испытаний, получил в 1996 году регистрационное удостоверение и лицензию МЗ Российской Федерации на серийное производство. Способ получения и состав Перфторана защищены Международным патентом на изобретение.
После открытия Перфторана во всем мире ведутся исследования по разработке препаратов, содержащих перфторуглероды. Это препараты ученых Японии, Англии и США – «Имагент», «Флюозол-ДА», «Перфукол», «Оксигент», «Перфлюброн». Но в отличие от Перфторана, в составы этих аналогов включено высокое количество свободных атомов фтора, что неблагоприятно влияет на организм человека и поэтому они не могут широко применяться в клинической практике.
При сравнительном изучении Перфторана и его зарубежных аналогов было выявлены существенные отличия:
–Препарат обладает в 3 раза большей динамической кислородной емкостью, чем американская эмульсия Oxygent и в 1,5 раза большей по сравнению с японским препаратом Флюозол-DA.
–Концентрация свободных ионов фтора в эмульсиях Oxygent и FluosolDA в 77 и 21 раз соответственно выше, чем в Перфторане.
–Средний размер частиц в эмульсиях Oxygent (0,16 мкм) и Fluosol-DA (0,22 мкм) значительно превышает таковой в эмульсии Перфторан (0,04-0,07 мкм), что отрицательно влияет на эффективность.
Американские ученые провели всестороннюю экспертизу «русского» перфторана и признали его в настоящее время лучшим в мире.
Универсальный заменитель человеческой крови – перфторан в отличие от настоящей «алой жидкости» можно хранить сколь угодно долго и транспортировать без ущерба для качества лекарственного средства. По некоторым показателям он даже превосходит обычную кровь, что обеспечит ему перспективное будущее.
Сегодня на разных стадиях разработки находятся улучшенные аналоги Перфторана: препарат ФТОРАН (Перфторан-плюс) успешно прошёл клинические испытания, новые перфторуглеродно-жировые эмульсии третьего поколения ФТОРАН-Липид и низкоконцентрированные (5-10%) препараты из серии наноэмульсий – фторанов – с коллоидным серебром для наружного и косметического применения, биологически-активные пищевые добавки и т.д. На основе
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
эмульсии Перфторана создана кислородная косметика компании Faberlic, обладающая уникальным свойством доставки кислорода в глубокие слои кожи. Микроэмульсия Аквафтэм обладает непревзойденным регенерирующим, восстанавливающим и омолаживающим действием.
Исследования последних лет показывают, что химически инертные ПФОС могут оказывать непо средственное влияние на биологические системы, и это не может быть объяснено лишь способностью перфторуглеродов транспортировать газы. Известно, что ПФОС обладают сродством к фосфолипидам – важнейшим компонентам клеточных мембран. Экспериментально доказана возможность гидрофобного взаимодействия ПФОС с мембраной и последующими конформационными изменениями в ней.
Высокая энергонасыщенность и ультрадисперсность перфторуглеродных частиц, приводит к особым свойствам и ставит их в особую переходную область (10–8 м) рядом с коллоидным (10–9 м) и молекулярным (10–10 м) состоянием вещества. Это особенное состояние перфторуглеродных дисперсных наносистем проявляется в их высокой биологической активности, в реакционной способности, в физическом взаимодействии с любыми веществами и газами.
К настоящему времени достигнуты впечатляющие успехи в разработке и применении кровезаменителей. Имеются сообщения о сотнях пациентов, которым вместо крови вводили фторуглеродные эмульсии из-за отсутствия необходимой группы крови или специфики хирургической операции. Благодаря кровезаменителям открыты новые направления в лечении инфаркта миокарда, нарушения кровообращения мозга, ожогов, отравления угарным газом, в исследовании организма, их используют для сохранения изолированных органов и тканей, при очистке крови вне организма.
В заключение необходимо отметить, что использование ПФОС для меди- ко-биологического назначения в качестве перфторуглеродных кровезамещаю-
щих эмульсий с газотранспортной функцией, является не главным фактором.
Сегодня, сознавая, что перфторэмульсии это универсальные наноносители, способные проникать и активно влиять на любые участки организма и отдельного органа, транспортировать на своей поверхности не только любой газ и органические соединения, но и механические частицы, маркеры, активные фармакологические элементы, действующие активные вещества и т.д., необходимо по-другому взглянуть на использование этой сложной многофункциональной системы под названием – перфторуглеродные эмульсии, состоящие из дисперс-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ной фазы – перфторуглеродных наночастиц и дисперсной среды – структурированных водных кластерных систем, для более эффективного и нетрадиционного их применения.
20.13. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПАРЕНТЕРАЛЬНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
Жидкие лекарственные средства для парентерального применения обычно контролируют по следующим показателям качества: описание, идентификация, прозрачность, цветность, рН, сопутствующие примеси, извлекаемый объем, стерильность, пирогенны или бактериальные эндотоксины, аномальная токсичность, механические включения, количественное определение действующих веществ и антимикробных консервантов.
Для жидких лекарственных средств для парентерального применения в виде вязких жидкостей дополнительно контролируют плотность.
Для жидких лекарственных средств для парентерального применения в виде суспензий дополнительно контролируют размер частиц, однородность содержания (в случае суспензий в однодозовых контейнерах), устойчивость суспензий.
Впорошках для инъекций или внутривенных инфузий дополнительно контролируют: время растворения, потеря в массе при высушивании, однородность содержания или однородность массы.
Для проведения испытаний «Прозрачность», «Цветность», «рН» при контроле порошков для инъекций или внутривенных инфузий используют раствор лекарственного средства в том же растворителе и в той же концентрации, которые указаны в инструкции для применения, если нет других указаний в отдельной статье.
Винфузионных препаратах дополнительно контролируют осмолярность, реактогенность (для высокомолекулярных растворов), специфические примеси (конкретно указываемые), сопутствующие (посторонние) примеси, тяжелые металлы, правильность упаковки и маркировки.
Во время технологического процесса производства ПЛС обязательно проводят промежуточный (пооперационный) контроль качества, т.е. после каждой технологической операции или стадии проводится бракераж контейнеров с лекарственным средством, не отвечающих определенным требованиям. Так, после растворения (изотонизации, стабилизации и т.д.) лекарственного вещест-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ва, контролируется качественный и количественный состав, рН раствора, плотность и др.; после фильтрации раствора – отсутствие механических включений, во время наполнения – периодически проверяется объем наполнения сосудов и т.д. По окончании основных этапов технологического процесса проводится стандартизация ПЛС по всем показателям соответствующей АНД.
Прозрачность. Растворы должны быть прозрачными (ГФУ, изд. 1, п.2.2.1) по сравнению с водой или соответствующим растворителем, если нет других указаний в отдельной статье.
Цветность. Окраску лекарственных средств для парентерального применения определяют путем сравнения с эталонами в соответствие с требованиями статьи «Определение степени цветности жидкостей» (ГФУ, изд. 1, п.2.2.2) или по указанию АНД.
Извлекаемый объем. Определение проводят в соответствие с требованиями статьи «Извлекаемый объем» (ГФУ, изд. 1, п.2.9.17). Фактический объем наполнения сосудов должен быть больше номинального, чтобы обеспечить нужную дозу при наполнении шприца.
Однородность содержания. Порошки для инъекционных или внутривенных инфузионных лекарственных средств, а также однодозовые суспензии для инъекций должны отвечать требованиям статьи «Однородность содержания действующего вещества в единице дозированного лекарственного средства» (ГФУ, изд. 1, п.2.9.6), если нет других указаний в АНД. Данное испытание не требуется для поливитаминных препаратов и препаратов, содержащих микроэлементы.
Стерильность. Испытание на стерильность проводят, используя метод мембранной фильтрации или метод прямого посева (ГФУ, изд. 1, п.2.6.1), с инкубацией на специальных тест-средах образцов каждой серии продукции. Определению стерильности подвергают контейнеры с лекарственным средством каждой серии, одновременно подвергавшиеся стерилизации в одном стерилизующем аппарате. При выраженном антимикробном действии лекарственных средств, а также для продукции, разлитых в сосуды более 100 мл, используют метод мембранной фильтрации.
Пирогены. Испытание на наличие пирогенов должны подвергаться все лекарственные средства для парентерального применения независимо от дозы, объема и путей введения, используемых в клинике. Испытания проводят в соответствие с требованиями статьи «Пирогены» (ГФУ, изд. 1, п.2.6.8) или «Бактериальные эндотоксины» (ГФУ, изд. 1, п.2.6.14). Если указано испытание на
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
бактериальные эндотоксины, то испытание на пирогены не проводят, если отсутствуют другие указания в АНД.
Аномальная токсичность. Испытания проводят в соответствие с требованиями статьи «Аномальная токсичность» (ГФУ, изд. 1, п.2.6.9).
Обязательным испытаниям на пирогены и аномальную токсичность подлежат лекарственные средства для парентерального применения в тех случаях, когда их производство не проводят в соответствии с требованиями НПП, установленными в Европейском Сообществе, если нет других указаний в АНД:
•парентеральные препараты, вводимые в центральную нервную системы и внутриартериально;
•парентеральные препараты, вводимые внутривенно, если объем их одноразовой дозы составляет 1 мл и более;
•парентеральные препараты, вводимые любым другим путем, если объем их одноразовой дозы составляет 5 мл;
•парентеральные препараты природного происхождения (из тканей человека, животных, растений или иного природного сырья), а также препараты, получаемые методами микробиологического синтеза и генной инженерии, антибиотики, ферменты, препараты крови, лизаты белков, аминокислоты.
Механические включения. Испытания проводят в соответствие с требованиями статьи «Механические включения» (ГФУ, изд. 1, п.2.9.19-2.9.21) путем
просмотра сосудов на черном и белом фоне при освещении 60 Вт. На черном фоне проверяются прозрачность и наличие видимых механических включений
– стеклянная пыль, волокна фильтрующих материалов, нерастворенные частицы лекарственного вещества и т.д.; на белом – изменение цветности раствора, отсутствие механических включений черного цвета и целостность стеклянного контейнера. Метод имеет недостатки: субъективизм контролируемого – острота зрения, опыт работы, усталость контролера и т.д. Допустимая ошибка метода составляет до 30%.
Для более объективной оценки качества раствора по этому параметру были разработаны и применяются другие методы:
• визуально-оптические, основанные на использовании проекторов, систем увеличительных линз, поляризационного света и.т.д.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
•оптические, основанные на автоматической регистрации фотоэлементами поглощения или рассеивания проходящего света и сравнения с эталонным образцом, занесенным в память компьютера (рис.20.32);
•мембранно-микроскопические;
•проточные методы.
Рис. 20.32. Принцип действия машины для автоматического контроля механических включений
В настоящее время за рубежом определение этого параметра качества парентерального раствора максимально автоматизировано. Машины для автоматической проверки объема и механических включений производительностью до 300 амп. /мин. входят в состав автоматических линий ампулирования.
Устойчивость суспензий и другие показатели. Суспензии для парентерального применения после встряхивания до получения однородной суспензии должны сохранять однородность в течение 5 минут, если в АНД нет других указаний. Размер частиц контролируют по методикам, указанным в АНД. Суспензия должна свободно проходить в шприц через иглу №0840, если нет других указаний в АНД.
Количественное определение. Содержание определяемых веществ в жидких лекарственных средствах для парентерального применения выражают в граммах или миллиграммах в 1 мл препарата, если нет других указаний в АНД.
Содержание определяемых веществ в порошках для инъекций или внутривенных инфузий в однодозовых контейнерах выражают в граммах, миллиграммах или единицах действия (ЕД) в одной дозе, если нет других указаний в АНД.
После получения удовлетворительных результатов контроля контейнеры с ПЛС маркируют и упаковывают.
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
20.14. МАРКИРОВКА И УПАКОВКА
В настоящее время на фармацевтических предприятиях для нанесения маркировки на контейнеры с ПЛС используется несколько методов:
–краской глубокой печати;
–тонкодисперсной струей (капле-струйной маркировкой);
–наклеиванием самоклеющихся этикеток;
–рельефным тиснением на полимерные контейнеры.
Нанесение надписи на ампулы краской глубокой печати производят на полуавтоматах типа АП20МК Мариупольского ЗТО (рис. 20.33.). В бункер 7 загружают ампулы и барабаном подачи 8 направляют к офсетному цилиндру 6, на котором нанесены буквы и цифры надписи, вдавленные в виде углубления в 4050 мкм. Формный цилиндр 5, вращаясь в ванне с быс тровысыхающей краской; подает ее на офсетный цилиндр. Избыток краски с помощью ракеля 4 и регулирующего устройства снимается с поверхности офсетного цилиндра и остается в углублениях надписи. При контакте надпись наносится на ампулу, быстро высыхает и ампулы передаются на упаковку.
|
7 |
|
6 |
|
|
5 |
8 |
|
4 |
||
|
||
3 |
|
|
2 |
9 |
|
1 |
||
|
Рис.20.33. Устройство полуавтомата для маркировки ампул:
1 – корпус; 2 – регулирующее устройство; 3 – ванна; 4 – ракель; 5 – формный цилиндр; 6 – офсетный цилиндр; 7 – бункер; 8 – барабан подачи ампул; 9 – направляющие
Этот способ маркировки ампул имеет определенные недостатки. С увеличением количества влаги в воздухе нестабильность и время высыхания краски повышается. Сезонное использование этого метода малоэффективно (весной и осенью на этих стадиях возникают задержки, поскольку повышается число бракованных ампул). Они заново перемываются, сушатся, а это связано с определе н- ными затратами труда и времени. Кроме того, в последнее время увеличились
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПАРЕНТЕРАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
попытки фальсификации препаратов, поскольку краска глубокой печати легко смывается спиртом.
Для устранения перечисленных недостатков французской фирмой «Imaje S.A.» был разработан новый метод нанесения надписи на ампулы – каплеструйным маркиратором с помощью специальных быстросохнущих чернил. Производительность автомата до 15000 ампул в час. Нанесение надписи на ампулы производится на пути движения ампул в гнездах барабана при подведении к печатному устройству, который наносит на корпус ампулы название препарата, его концентрацию, номер серии и объем. Ампулы с нанесенной надписью поступают на упаковку.
Наиболее оптимальным методом маркировки ампул и флаконов следует считать наклеивание самоклеющихся этикеток с помощью специальных автоматов производительностью 400 – 450 этикеток/мин. (72 – 90 тыс./час), использующих различный формат этикеток (минимальная высота – 10 мм, максимальная – 60 мм). Такие автоматы выпускаются различными фирмами Италии, Германии, Англии и др.
Маркировка должна содержать наименование препарата, его концентрацию и количество, номер серии, способ введения, апирогенный или свободный от эндотоксинов, состав препарата (для многокомпонентных), осмоляльность или осмолярность (для инфузионных препаратов), срок годности; условия хранения. В некотор ых случаях допускаются предупредительные надписи («Стерильно», «Для детей», «Не допускать замораживания!» и т.д.).
Защиту упаковок ПЛС от возможных подделок гарантирует нанесение маркировки на полимерные контейнеры методом рельефного (горячего) теснения.
После нанесения печати или этикетировки контейнеры с ПЛС передаются для вторичной упаковки. Упаковка ампул и флаконов может осуществляться в контурно-ячейковую тару из полихлорвиниловой пленки и фольги, картонные пачки или коробки по 1, 5 или 10 штук. Более подробно принципы работы упаковочных автоматов или линий по упаковке во вторичную и групповую тару описаны в главе «Технология упаковки лекарственных средств».
В заключение следует отметить, что создание новых лекарственных средств парентерального назначения и разработка современных технологий и производственного оборудования, отвечающих мировым стандартам, является весьма сложной и ответственной задачей отечественной фармации.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
ГЛАВА 21. ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Среди широкого ассортимента лечебных средств, используемых современной научной медициной, лекарственные формы для глаз занимают особое место, а их производство является предметом самостоятельного раздела фармацевтической технологии. Это объясняется, как уникальными особенностями органа зрения человека (своеобразие строения и свойств), так и специфическими механизмами всасывания, распределения и взаимодействия лекарственных веществ с различными тканями и жидкостями глаза.
Ранимость глазных тканей, огромное число заболеваний органа зрения человека (абсцессы века и глазницы, аниома, блефарит, глаукома, трахома, катаракта и целый ряд других заболеваний), социальная составляющая (исключительная роль глаза в обеспечении трудоспособности и качества жизни) – обусловили необходимость создания и постоянного совершенствования препаратов, применяемых в офтальмологической практике.
Не менее важной является задача создания простой, удобной, эстетической, информативной и экономически рентабельной упаковки для глазных лекарственных средств, позволяющей в течение длительного времени сохранять их в стерильном и химически неизменном состоянии, а в момент использования обеспечивать удобство и простоту введения препарата.
21.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГЛАЗНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Согласно определению Фармакопей ведущих стран мира, глазные лекарственные средства представляют собой стерильные жидкие, мягкие или твердые препараты, предназначенные для нанесения на глазное яблоко и/или конъюнктиву или введения в конъюнктивальный мешок.
Офтальмологические лекарственные средства классифицируют на:
•Глазные примочки
•Глазные капли
•Глазные спреи
•Глазные мягкие лекарственные средства
•Глазные вставки
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Кроме того, к ним могут быть отнесены:
• офтальмологические инъекции, которые подразделяют на:
а) субконъюнктивальные инъекции, вводимые в конъюнктивальный мешок, при которых лекарственное вещество диффундирует через склеру в глаз;
б) ретробульбарные инъекции, вводимые за глазное яблоко;
•мази для век, которые предназначены для применения на внешнюю сторону глазного века;
•жидкости для обработки контактных линз – стерильные, смачивающие, увлажняющие и дезинфицирующие водные растворы для хранения, очистки и облегчения аппликации контактных линз или контактных стекол офтальмологических приборов, применяемых для исследований глаза.
В настоящее время требования к препаратам, применяемым в офтальмологической практике, значительно возросли. Современные фармацевтические кодексы, спецификации различных стран, Государственная фармакопея не делают существенных различий между лекарствами для лечения заболеваний глаз
ипарентеральными препаратами. И те, и другие должны быть в максимальной степени освобождены от механических и микробных загрязнений.
Лекарственные средства для глаз должны быть: стерильные; стабильные; изотоничные (осмолярные или осмоляльные); содержать точную дозировку лекарственного вещества; не иметь видимых невооруженным глазом механических загрязнений; некоторые должны обладать пролонгированным действием; удобные в применении.
Принципы стерильности и стабильности. Необходимость изготовления препаратов для лечения глаз в асептических условиях обусловлена тем, что они, как правило, наносятся на конъюнктиву больного глаза. В норме слезная жидкость содержит лизоцим (по современной классификации ферментов называемый мукомидазой), обладающий способностью лизировать микроорганизмы, попавшие на конъюнктиву. Однако при многих глазных заболеваниях содержание лизоцима в слезной жидкости снижается и глаз оказывается недостаточно защищенным от воздействия микроорганизмов, поэтому применение нестерильных лекарств может привести к тяжелым последствиям, иногда даже к потери зрения.
Проблемы предотвращения микробной контаминации лекарственных средств для глаз связаны еще и с тем, что в этих лекарствах создаются благоприятные условия для размножения микроорганизмов. Степень риска обсеме-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
нения лекарств зависит от многих факторов, таких как: наличие патогенной микрофлоры в воздухе производственного помещения, нарушения режимов стерилизации, условий применения и т.д. Микробная контаминация недопустима не только из санитарно-гигиенической точки зрения, но и с позиции сохранения химической стабильности лекарств, поскольку загрязнение микроорганизмами ускоряет разложение препарата и приводит к их непригодности в результате различных реакций (окисления, восстановления, полимеризации и др.). В связи с этим условия проведения технологического процесса производства глазных лекарственных средств и все подготовительные операции должны быть такими, как и во время изготовления других стерильных лека рственных препаратов. Современные требования к производству стерильной продукции с учетом принципов и правил надлежащей производственной практики (GMP) приведены в главе 20.
Особо возрастает роль асептических условий при изготовлении глазных лекарственных средств, не подлежащих термической обработке, содержащих термолабильные лекарственные вещества (спреи, гели, суспензии и др.). При нагревании в них резко усиливаются процессы рекристаллизации, флокуляции и коалесценции. Соблюдение правил асептики – единственный способ обеспечения должного качества выпускаемых лекарств.
На практике это достигается тем, что термолабильные вещества, взвешенные в асептических условиях, растворяют в предварительно простерилизованном растворителе или в основе для мази в стерильном реакторе, добавляя при необходимости консерванты и стабилизаторы. Для гарантирования стерильности некоторые растворы фильтруют через фильтры, задерживающие микроорганизмы. Наполнение первичной тары и укупоривание также следует проводить в асептических условиях. Эти манипуляции осуществляются в специальных стерильных блоках, модулях, боксах, в которых степень чистоты о т- вечает классу А или В.
Глазные лекарственные препараты, содержащие термостабильные вещества, готовят в производственных помещениях класса С или Д с обязательной стерилизацией (термической или газовой) в конечной упаковке.
Лекарственные вещества, используемые в составе глазных капель, по их устойчивости при стерилизации можно классифицировать на следующие группы, водные растворы которых:
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
•не выдерживают тепловой стерилизации (антибиотики, дезоксирибонуклеаза, лидаза, колларгол, протаргол, серебра нитрат, трипсин, химопсин, этакридин, физостигмин и др.);
•выдерживают стерилизацию при температуре 100-120ºС в течение 8 – 15 минут без добавления стабилизаторов;
•выдерживают стерилизацию при температуре 100ºС в течение 15 – 30 минут с добавлением стабилизаторов и консервантов.
Добавление консервантов проводится в том случае, если нельзя гарантировать сохранение стерильности в процессе применения лекарственной формы или когда обеспечить микробную чистоту другими методами невозможно. Но выбор консерванта должен быть научно обоснованным и валидированным, чтобы не навредить больному и обеспечить высокое качество препарата.
Принципы изотоничности и изогидричности. Изотоничность – необ-
ходимое условие приготовления лекарственных форм для лечения глаз. Известно, что как гипертонические, так и гипотонические растворы плохо переносятся больными. Это объясняется тем, что при введении раствора с большим осмотическим давлением в результате разности давлений вода выделяется из контактирующих с раствором клеток, что приводит к их сморщиванию. Введение же раствора с незначительным осмотическим давлением вызывает разбухание клеток, с возможным разрывом клеточной оболочки. В обоих случаях эти явления сопровождаются сильными болевыми ощущениями. Поэтому важной технологической задачей является приготовление глазных средств, осмотическое давление которых соответствовало бы осмотическому давлению слезной жидкости. В норме слезная жидкость имеет осмотическое давление приблизительно
730 кПа.
Способы определения и расчета изотонической концентрации, а также осмолярности (осмоляльности) растворов приведены в главе 20. На здоровый глаз не оказывают болевых воздействий растворы с осмолярностью, эквивалентной концентрациям натрия хлорида в интервале 0,6-2,0%, что соответству-
ет 220-680 мОсм/л.
При применении глазных лекарственных форм большое значение имеет показатель рН среды. Среднее значение рН слезной жидкости – 7,4. Офтальмологические средства с таким значением рН наиболее благоприятны с точки зрения переносимости. Однако относительно «комфортны» и препараты, имеющие
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
рН от 5,8 до 9,0. Глазные лекарственные средства с иными значениями рН вызывают сильное слезотечение, чувство жжения, рези. Для регулирования значения рН глазных капель применяют буферные растворители (фосфатные, боратноацетатные, цитратно-фосфатные и др.), стремясь при этом обеспечить как терапевтический эффект, так и хорошую переносимость капель при инстилляциях.
Применение буферных растворителей наряду с увеличением химической стабильности в ряде случаев способствует повышению терапевтической активности лекарственных компонентов глазных капель, а также уменьшает чувство дискомфорта в области глазного яблока. Изготовление глазных капель на буферных растворителях осуществляется путем выбора такого буферного раствора, состав и рН которого в максимальной степени обеспечивают стабильность лекарственного вещества в лекарственной форме. Правильно подобранные растворители позволяют регулировать концентрацию водородных ионов не только с целью стабилизации растворов, но и для создания такой величины рН, при которой лекарственные вещества проявляют максимальный терапевтический эффект.
Принцип пролонгирования действия. Пролонгирование действия ле-
карственных веществ имеет важное значение в терапии многих заболеваний глаз, поскольку обеспечивает постоянную концентрацию активных ингредиентов на терапевтическом уровне в течение длительного времени.
Требования, предъявляемые к препаратам пролонгированного действия, заключаются в том, что в них оптимальный уровень лекарственного вещества должен обеспечиваться в течение определенного времени, его концентрация не должна подвергаться значительным колебаниям по мере высвобождения из лекарственной формы, а приемы, используемые для получения эффекта пролонгации, должны быть экономичными и не оказывать отрицательного воздействия на организм.
Среди способов пролонгирования глазных лекарственных средств выделяют: использование вязких растворителей, введение в состав биорастворимых полимерных веществ или создание новых лекарственных форм с регулируемой скоростью высвобождения действующих веществ.
Для увеличения продолжительности действия лекарственных веществ в глазных каплях воду пытались заменить различными маслами: стерильным рыбьим жиром, рафинированным подсолнечным маслом, однако широкого распространения эти растворители по разным причинам не получили. В последние годы для частичной замены воды, были предложены биорастворимые
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
полимерные материалы синтетического происхождения, использование которых для депонирования лекарственных веществ снимает вредные последствия, связанные с длительным воздействием полимерных изделий на организм. В то же время исследование биодеструкции этих полимеров в организме и в модельных средах является необходимым этапом на пути совершенствования старых и создания новых материалов, обладающих способностью к разрушению под воздействием факторов внешней среды.
Альтернативной формой пролонгированных препаратов для глаз являются глазные вставки или «inserts», характеристика которых будет изложена дальше.
21.2. ГЛАЗНЫЕ КАПЛИ
Глазные капли являются наиболее распространенной лекарственной формой в офтальмологии. Они представляют собой стерильные водные или масляные растворы и суспензии, содержащие одно или более действующих веществ, предназначенных для инстилляции в глаз. Инстиллирование проводится капельным путем на роговицу глаза или в конъюнктивальный мешок нижнего века. В отдельных случаях, для обеспечения стабильности глазных капель, они могут выпускаться в сухой, стерильной форме, которая непосредственно перед использованием растворяется или суспендируется в предписанной стерильной жидкости.
Глазные капли являются наиболее простой формой введения лекарственных веществ при диагностике, профилактике и лечении заболеваний глаз. Инстилляции растворов глазных капель несложны и их легко осуществляют сами больные.
В качестве растворителей для глазных капель применяются вода высокоочищенная или для инъекций, стерильные жирные масла (персиковое, миндальное и др.), вазелиновое масло. В настоящее время широко используют буферные растворители для повышения устойчивости и терапевтической активности лекарственных веществ, а также уменьшения раздражающего действия глазных капель.
Основные требования, предъявляемые к глазным каплям по качеству – стерильность, определенная величина рН и осмотического давления, количест-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
венное содержание действующих веществ, отсутствие механических включений, вязкость, прозрачность, отсутствие токсического и раздражающего действия – описаны во всех ведущих фармакопеях мира. Не менее важным являются и потребительские свойства капель: комфортность при инстилляциях, удобство применения, недоступность для вскрытия упаковок детьми и др.
Термин «комфортность» определяет соответствие значений рН и осмотического давления глазных капель и слезной жидкости. Относительно комфортны капли, имеющие рН от 5,8 до 9,0. Глазные капли с иными значениями рН вызывают сильное слезотечение, чувство жжения, рези.
Гипертонические и гипотонические водные растворы при инстилляции в глаз вызывают дискомфорт и плохо переносятся больными, поэтому глазные капли нуждаются в изотонировании. Однако в литературе имеются данные, что неповрежденный глаз лучше переносит гипотонические растворы, чем гипертонические. Изотония нежелательна, если лекарственное вещество должно проникнуть через неповрежденный глаз в его переднюю камеру. Для оперированного и поврежденного глаза рекомендуются изотонические растворы, а для неповрежденного – только в том случае, когда вещество должно лучше воздействовать на его поверхность.
Необходимым условием для производства глазных капель является стабильность, так как крупносерийное производство требует, чтобы сроки годности препаратов были достаточно продолжительными. Разрушение лекарственных веществ в каплях может происходить при тепловой стерилизации и длительном или неправильном хранении.
Основными причинами нестабильности водных глазных капель являются гидролиз лекарственных веществ, их окисление и загрязнение растворов микроорганизмами. К стабилизирующим факторам относятся: введение буферных растворов, состав и рН которых в максимальной степени обеспечивают не только стабильность лекарственных веществ, но и проявлению его максимального терапевтического эффекта, консерванты и антиоксиданты.
Соли алкалоидов и синтетических азотистых оснований, а также другие вещества, устойчивые к гидролизу и окислению в кислой среде, рекомендуется в глазных каплях стабилизировать 1,9-2% раствором борной кислоты. Борная кислота является недостаточно эффективным стабилизатором для глазных капель: раствора атропина сульфата, пилокарпина гидрохлорида, скополамина гидробромида, дикаина и новокаина. В связи с этим для подобных веществ бы-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
ла рекомендована в качестве стабилизатора комбинация растворов борной кислоты и левомицетина, обладающая консервирующим и изотонирующим свойствами. Так растворы пилокарпина гидрохлорида 1% и атропина сульфата 1%, приготовленные на 1,9% растворе борной кислоты с 0,2% раствором левомицетина, устойчивы в течение 16-24 месяцев.
В щелочной среде устойчивы сульфацил-натрий, норсульфазол и др. Их можно стабилизировать раствором гидрооксида натрия, натрия гидрокарбонатом, натрия тетраборатом и буферными смесями со щелочным значение рН. Лекарственные вещества, устойчивые в нейтральной или слабо щелочной среде, стабилизируют в растворах различными буферными смесями, цитратом натрия и т.д.
Для стабилизации водных растворов легкоокисляющихся веществ в качестве антиоксидантов применяют сульфит и метабисульфит натрия и др.
Некоторые нестойкие препараты могут выпускаться в виде стерильных навесок сухого вещества во флаконах, которые растворяют в стерильном растворителе перед применением.
Биологическая доступность глазных лекарственных средств в значительной степени зависит от времени контакта лекарственного вещества с тканями в предроговичной области глаза. Увеличение длительности действия лекарственных веществ позволяет уменьшить дозу и частоту приема лекарственного средства, нередко избежать побочного действия.
С целью предупреждения вымывания и продления действия лекарственных веществ в глазных каплях предпринимались попытки увеличения вязкости растворов применением натуральных масел (стерильное персиковое, миндальное), однако широкого распространения эти растворители не получили. К их недостаткам относят образование жировой пленки на глазном яблоке, неполное высвобождение веществ, повышенное слезоотделение, что быстро вымывает действующие вещества. На сегодня рекомендуемая вязкость глазных капель должна быть в пределах – 15-30 мПа · с при 37°С, а показатель преломления должен составлять 1,334-1,338.
В последние годы для замены воды с целью удлинения действия глазных капель используются биорастворимые полимерные материалы синтетического происхождения – поливинилпирролидон (ПВП), поливиниловый спирт (ПВС), полиакриламид и др. Широкое использование получили водные растворы ме-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
тилцеллюлозы в концентрации 0,5-2%, обладающие высокой вязкостью и коэ ф- фициентом преломления (1,336), близким к показателю воды (1,334), что имеет существенное значение для обеспечения нормального зрения. Однако метилцеллюлоза задерживает процессы регенерации эпителия роговицы, в некоторых случаях вызывает раздражение тканей глаза, в связи с этим наметилась тенденция к сокращению производства глазных капель с использованием метилцеллюлозы. В настоящее время на основе метилцеллюлозы выпускают глазные капли: 0,25% растворы гидробромидов гоматропина и скополамина, 1% раствор пилокарпина гидрохлорида и 30% раствор сульфацил-натрия растворимого.
Для пролонгирования действия глазных капель используют и другие производные целлюлозы – карбоксиметилцеллюлозу, а также ее соль натрий-КМЦ, метилоксипропилцеллюлозу, которые хорошо растворимы в воде и легко смешиваются со слезной жидкостью.
Для повышения вязкости водных глазных капель используют ПВС в концентрации 1,5%. Он не раздражает слизистую оболочку глаза, не нарушает целостность эпителия роговицы и ускоряет эпитализацию эрозированной роговицы, а также способствует заживлению язв и ожогов роговицы. Растворы ПBC можно вводить в открытую глазную рану, он совместим с большинством лекарственных веществ и консервантов. Вязкость его растворов ниже, чем у эфиров целлюлозы, что положительно влияет на глаз, поскольку на его поверхности образуется более тонкая пленка, которая не мешает нормальному зрению.
Применение ПВП и ПВС вызывает некоторое снижение поверхностного натяжения и обеспечивают более длительный контакт растворенных в них веществ с тканями глаза. Чтобы лекарственный раствор равномерно распределялся по роговице, его поверхностное натяжение должно быть близким 31 мН/м. Поверхностное натяжение слезной жидкости при 32,1°С (средняя температура роговицы) составляет 46,29 мН/м.
Использование 5 – 10% растворов ПВС для получения глазных капель с антибиотиками обеспечивает не только пролонгированное действие, но и повышение скорости их проникновения в жидкую среду глаза, сохраняя активность нестабильных антибиотиков при отсутствии раздражающего действия.
Для пролонгирования глазных капель с противовирусными веществами предложено применять стерильные 1% водные растворы полиакриламида и полиглюкина. Перспективным растворителем для получения глазных капель про-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
лонгированного действия, увеличивающим биологическую доступность препаратов является 25% раствор ПЭГ-400, который позволяет получать устойчивые в течение 18 месяцев растворы местных анестетиков (дикаин, новокаин и др.) после стерилизации паром под давлением в течение 8 мин.
Многие зарубежные фирмы используют при производстве глазных капель растворитель-носитель "Изанто" (фирма "Алкон", Германия), при закапывании которого глаз покрывается невидимой тончайшей пленкой, более чем в три раза, продлевающей терапевтическое действие растворенного в нем лекарственного вещества. Близкие результаты получены фирмой «Фарм-Алегрон» (Германия), использующей для этих целей жидкую основу «Ликвифильм».
Необходимым условием для капель является отсутствие вегетативных и споровых форм жизнеспособной флоры, так как слизистая оболочка глаза легко инфицируется. Стерильность глазных капель легко достигается соблюдением правил асептики в момент приготовления и стерилизацией. Стерильность глазных капель достигается методами тепловой, химической или радиационной обработки, часто в сочетании со стерилизующей фильтрацией.
Вероятность микробного загрязнения глазных лекарственных форм в значительной степени возрастает при многократном их использовании, требующем частого раскрытия упаковки и отмеривания раствора пипеткой. Уже при первом применении после открытия флакона капли обсеменяются микрофлорой. В связи с этим наряду с термической обработкой и стерилизующей фильтрацией, в их состав вводят консерванты, обладающие бактерицидным или бактериостатическим действием. В качестве консервантов для глазных капель используют: спирты фенилэтиловый (0,3-0,5%), бензиловый (0,9%), нипагин (0,025-0,05%), нипазол (0,03-0,08%) и их смесь (0,18% и 0,2% соответственно), сорбиновую кислоту (0,05-0,2%), левомицетин (0,15%), соли четвертичных аммониевых оснований – бензалкония хлорид, этония хлорид, цетилпиридиния хлорид, хлоргексидин (в концентрациях 0,005-0,01%), мертиолат (0,005%) и другие.
При изучении консервантов было установлено, что многие из них оказывают значительное раздражающее действие на глаза. Поэтому в каждом конкретном случае следует не только учитывать совместимость консерванта с лекарственными веществами, но и возможность использования его при том или ином патологическом процессе органа зрения.
При исключении консервантов предотвратить микробное обсеменение офтальмологических препаратов возможно использованием упаковок однора-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
зового использования, характеристика которых и особенности технологии производства будут изложены дальше.
Технология производства глазных капель практически полностью повторяет общий технологический процесс получения парентеральных растворов во флаконах.
Глазные суспензии – тончайшие взвеси порошков лекарственных веществ (дексаметазон, преднизолон и др.) в водной или маслянистой дисперсионной среде. Получают их дисперсионным способом, когда суспензия образуется вследствие постепенного уменьшения степени дисперсности (путем измельчения) исходного нерастворимого вещества или конденсационным способом, когда образование суспензии происходит в результате увеличения степени дисперсности исходного материала, ранее находившегося в ионной, молекулярной или коллоидной степени дисперсности. В случае преодоления седиментационной неустойчивости суспензий и сохранения в них тонких частиц получаемые препараты не ощущаются пациентом и оказывают такой же эффект, что и глазные капли. В последнее время в промышленных условиях для получения офтальмологических суспензий используют ультразвуковой метод диспергирования компонентов, при котором величина образовавшихся частиц может достигать 3 – 10 мкм, а ультразвуковое озвучивание приводит к стерильности лекарственной формы. Для повышения стабильности при производстве суспензий используют сорастворители, стабилизаторы, консерванты. В состав глазных суспензий со стероидами рекомендуется вводить 5% раствор полиэтиленокси- да-400 и 0,1-0,15% раствор натрия хлорида.
Иногда для приготовления глазных капель и примочек из нестабильных веществ используют стерильные порошки, которые растворяют в стерильном растворителе непосредственно перед применением. В этом случае порошки должны легко и без остатка растворяться в соответствующем растворителе, не содержать раздражающих или травмирующих глаз компонентов, а полученный раствор должен отвечать всем требованиям, предъявляемым к глазным каплям. Как правило, такую лекарственную форму получают в асептических условиях и упаковывают в стерильные флаконы с контролем вскрытия.
21.3. ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ГЛАЗНЫХ КАПЕЛЬ В ОПТИМАЛЬНОЙ УПАКОВКЕ
Проблема упаковки офтальмологических препаратов требует постоянного внимания в связи с тем, что нерациональный ее выбор, неудобство применения,
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
также имеют ряд недостатков. Так, возникает опасность, что пипетки могут соприкасаться с поверхностью загрязненных предметов и инфицировать раствор; дети с легкостью могут вскрыть флакон; стеклянный флакон может подвергаться процессу выщелачивания, а значительный объем содержимого флакона не может быть использован в течение 3-5 дней, что приводит к нерациональному использованию лекарственных веществ или микробной контаминации раствора. Резиновые пробки также могут представлять определенный риск из-за возможной миграции компонентов состава резины в раствор глазных препаратов до начала их применения.
Технология производства глазных капель в стеклянных флаконах состоит из следующих основных стадий и операций:
−подготовка производства (подготовка производственных помещений, воздуха, оборудования, персонала и спецодежды и др.);
−подготовка первичной тары и укупорочных средств;
−приготовление раствора (в случае необходимости стабилизация, изотонирование или введение консервантов) и его стерильная фильтрация;
−наполнение флаконов и их герметизация;
−термическая стерилизация флаконов с раствором;
−маркировка флаконов; упаковка готовой продукции.
По данной технологии работает оборудование, которое можно закупить в Германии, Италии, Швейцарии. Ведущие зарубежные фирмы Германии (группа Бош, фирма Рота), Индии (фирмы Клейндзайдс, Форчун), Италии (Фармомак), России (фирмы ВИПС-Мед, НПФ Сакта) и др. производят автоматические технологические линии, обеспечивающие весь комплекс операций по подготовке стеклотары, пробок и колпачков, разливу растворов, укупорке флаконов и дальнейшей их упаковки в групповую упаковку. Монтаж такого оборудования должен производиться в чистых помещениях определенных классов чистоты. Использование автоматических линий гарантирует высокое качество производимого продукта, стерильность, практически полную автоматизацию процессов, минимальное участие персонала и др.
В последние годы определилось и стало стремительно развиваться направление производства глазных растворов в полимерных контейнерах. В настоящее время благодаря полимерным упаковкам появились реальные возможности выпуска лекарственных препаратов для одноразового применения, по-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
зволяющих еще на стадии производства изолировать лекарственную форму от влияния вредных факторов окружающей среды, надежно обеспечив тем самым ее стерильность и стабильность, и донести действующее вещество непосредственно до места применения без нарушения ее герметичности.
Пластмассовые контейнеры для глазных лекарственных средств (тюбикили флакон-капельницы) вырабатываются из одного или нескольких полимеров, не содержащих вредных для организма веществ, которые могут экстрагироваться помещенными в них жидкостями и оказывать токсическое действие.
Впервые в СССР производство глазных капель в полимерных тюбиккапельницах было организовано на Каунасском заводе эндокринных препаратов в 70-х годах прошлого столетия. Это был принципиально новый подход к производству и упаковке стерильной продукции.
Тюбик-капельница представляет собой полиэтиленовый контейнер емкостью 1,5±0,15 мл для упаковки, транспортирования, стерильного хранения и инстилляции водных растворов лекарств для глаз (рис. 21.2). Она состоит из корпуса, герметизируемого в асептических условиях после заполнения стерильным раствором, и защитного колпачка с прокалывающим устройством.
Рис. 21.2. Виды тюбик-капельниц Способ применения тюбикили флакона-капельницы очень прост: при
проворачивании защитного колпачка до упора происходит прокалывание укрепленным в колпачке штырем герметически запаянного полиэтиленового корпуса, после чего колпачок снимают и слегка нажимают на эластичные стенки корпуса с целью выдавливания и введения капли раствора в глаз.
Корпус тюбик-капельницы или флакона изготавливается из полиэтилена высокого давления, не содержащего стабилизаторов и красителей. Защитный
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
колпачок получают из нестабилизированного полиэтилена низкого давления или других полимерных материалов.
Полиэтилены высокого и низкого давления характеризуются оптимальным сочетанием полезных свойств и сравнительно высокой химической индифферентностью в отношении лекарственных веществ самого разнообразного химического строения. Полиэтилен, особенно высокого давления отвечает многим современным требованиям, предъявляемым к упаковочным материалам, используемым в медицине. Ценным свойством полиэтилена высокого давления является надежное экранирование содержимого упаковки от возможной контаминации микроорганизмами, механическая прочность, хорошие диэлектрические свойства, легкость, безвредность.
В настоящее время на некоторых фармацевтических заводах используют технологию «выдувание – наполнение – герметизация» при производстве офтальмологических препаратов в полимерной упаковке. Оборудование для этой технологии представляет собой сложный комплекс специальной конструкции, в котором в течение одного непрерывного технологического цикла из термопластического гранулята происходит формование, наполнение и герметизация контейнеров в пределах одного автоматического комплекса.
Применение технологии «выдувания – наполнения – герметизация» (принцип «bottle pack») при производстве офтальмологических препаратов в полимерной упаковке различной конфигурации гарантирует полную стерильность продукции и отвечает современным требованиям GMP. По этой технологии производят глазные капли практически все зарубежные производители. Использование технологии выдувания – наполнения – герметизация позволяет:
•исключить трудоемкую стадию подготовки (мойки, сушки или стерилизации) первичной тары и укупорочных средств;
•изготавливать корпуса с одновременным наполнением их стерильным раствором в зоне класса А в пределах одного комплекса оборудования с окружающей средой не ниже класса С;
•минимизировать время между приготовлением раствора, наполнением
игерметизацией корпуса (1 – 2 с), что приводит к повышению стабильности и качества препарата;
•исключить термическую стерилизацию, как дестабилизирующий фак-
тор;
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
•осуществлять маркировку первичной упаковки методом рельефного тиснения непосредственно при выдувании корпуса за счет применения прессформ, оснащенных маркировочными вставками;
•значительно снизить себестоимость препарата, т.к. стоимость полимерной упаковки значительно ниже стеклянной;
•исключить возможность фальсификации препарата благодаря оригинальной маркировке на корпусе полимерной упаковки.
Общая технология производства глазных растворов в тюбикили флако- нах-капельницах состоит из таких стадий и операций:
−подготовка производства (подготовка производственных помещений, воздуха, оборудования, персонала и спецодежды);
−формирование защитных колпачков;
−изготовление полимерных стерильных корпусов;
−приготовление раствора и его стерильная фильтрация;
−наполнение корпусов и их герметизация;
−маркировка корпусов (чаще методом рельефного тиснения);
−сборка и комплектация корпусов и защитных колпачков;
−упаковка готовой продукции.
Цикл изготовления корпусов начинается с переработки гранул полимерных материалов. Как правило, термопласт экструдируется шнековым прессом и формуется головкой экструдера в трубку определенного диаметра. Когда трубка достигает нужной длины, нижняя пресс-форма закрывается, при этом зажимы поддерживают трубку в необходимом положении, а режущее приспособление отделяет ее от головки экструдера. По окончании этой операции закрытая пресс-форма передвигается в боковом направлении для выдувания, наполнения и закрытия контейнера. С этой целью специальный сердечник погружается до уровня нижней пресс-формы и после продувки струей стерильного воздуха, стенки горячей трубки прилипают к стенкам пресс-формы. Одновременно в полученную емкость через питатель и дозатор подают раствор лекарственного средства. При наполнении контейнера содержащийся в нем воздух выводится через выходной канал. При контакте с жидкостью стенка контейнера мгновенно затвердевает, сердечник возвращается в исходное положение, а пресс-форма закрывается, одновременно формируя горлышко емкости, и герметично укупоренный контейнер сходит с установки.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Этот метод гарантирует полную стерильность контейнеров, поскольку перед образованием трубки гранулы полимерного материала, находящиеся в экструдере в течение нескольких минут под давлением 20,6-24,5 мПа и при температуре 160-230°С, полностью стерилизуется. Однако в исключительных случаях для гарантирования стерильности используют газовую стерилизацию, позволяющую стерилизовать готовые препараты в герметичной полимерной упаковке. По технологическим и экономическим показателям стерилизация окисью этилена успешно конкурирует с другими методами «холодной» стерилизации.
Оборудование для данной технологии, используемое при асептическом производстве препаратов и имеющее зону типа А с эффективным потоком воздуха, может быть установлено в окружающей среде, по крайней мере класса С, причем должна быть применена оболочка, соответствующая зонам типов А/В.
Растворы для глаз готовят в помещениях С класса чистоты, но наполнение и герметизация корпусов может проходить в локальной зоне с классом чистоты А. Растворы лекарственных веществ готовят в аппаратах из нержавеющей стали в соответствии с прописью лекарственной формы. Для стерильной фильтрации используют такие же высокоэффективные фильтры, как при производстве парентеральных средств.
Полученные тюбикили флаконы-капельницы с раствором подвергаются визуальному контролю на отсутствие механических включений на белом и черном фоне. Помимо оптического просмотра проводят также дополнительную выборочную проверку по всем показателям– 5% от каждой партии.
Полимерные упаковки можно упаковывать в одноместные футляры или фольгу, по 5-10 штук в картонные коробки или в контурную полихлорвиниловую пленку. Видео
21.4. ГЛАЗНЫЕ ПРИМОЧКИ
Глазные примочки представляют собой стерильные водные растворы, предназначенные для смачивания и промывания глаз, а также для пропитывания материалов, накладываемых на глаз. Они должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к глазным лекарственным формам.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Глазные примочки, предназначенные для применения при хирургических процедурах и для надания первой неотложной помощи, не должны содержать антимикробных консервантов и должны выпускаться только в контейнерах для одноразового использования.
Водные растворы глазных примочек, выпускаемые в многодозовых контейнерах, должны содержать антимикробные консерванты в необходимых концентрациях, за исключением тех случаев, когда сам препарат проявляет достаточное антимикробное действие. Выбранные консерванты должны быть совместимы с другими ингредиентами препарата и сохранять эффективность в течение всего периода применения глазных примочек. Многодозовый контейнер может содержать не более 200 мл раствора глазной примочки и используется в стационарных медицинских учреждениях.
Глазные примочки могут содержать вспомогательные вещества для обеспечения изотоничности, вязкости, создания или поддержания необходимого значения рН, увеличения растворимости действующих веществ, стабилизации препарата. Эти вещества в используемых концентрациях не должны негативно влиять на эффективность лекарственного средства и не оказывать местное раздражающее действие.
К этой же группе офтальмологических лекарственных средств следует отнести растворы для обработки контактных линз. Это стерильные,
смачивающие, увлажняющие и дезинфицирующие водные растворы для хранения, очистки и облегчения аппликации контактных линз или контактных стекол офтальмологических приборов, применяемых для исследований глаза.
Технология производства глазных примочек и жидкостей для обработки линз аналогична производству глазных капель во флаконах.
21.5. ГЛАЗНЫЕ СПРЕИ
В последние годы за рубежом появилась новая лекарственная форма для лечения офтальмологических заболеваний – глазные спреи.
Глазные спреи представляют собой дозированный (или дозируемый) аэрозоль, содержащий растворы для впрыскивания в глаз. Растворы для впрыскивания должны быть щадящими, удобными и гигиенично безупречными для амбулаторного лечения, так как наносятся на глаз бесконтактным способом.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Для дозирующих аэрозолей небольшого объема (20-50 мл) в качестве носителя применяются азот и диоксид азота. Чтобы точно дозированный выброс попадал на глаз не струей, давление пропеллента должно быть не выше 210 кПа (2 бар) при 20°С. Стерильность данной лекарственной формы достигается сложнее, чем других лекарственных форм для глаз. В качестве консервантов не должны применяться четвертичные аммониевые соединения из-за нежелательного легкого пенообразования при выбросе.
Аэрозольные частички хорошо адсорбируются на слизистой оболочке, что обеспечивает быстрое всасывание лекарственного вещества. Применение аэрозолей безболезненное, а благодаря высокой дисперсности частиц их использование позволяет значительно повышать терапевтическую эффективность лекарств.
Технология производства глазных спреев аналогична получению препаратов под давлением, изложенной в других главах.
21.6. ГЛАЗНЫЕ МЯГКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА
Глазные мягкие лекарственные средства – это однородные, стерильные мази, кремы или гели, предназначенные для нанесения на конъюнктиву глаза. Они могут содержать одно или более действующих веществ, растворенных или диспергированных в подходящей основе. К глазным мягким лекарственным формам относят и мази для век, которые предназначены для применения на внешнюю сторону глазного века.
Глазные мази должны обладать следующими критериями качества: стерильность, отсутствие раздражающего действия, необходимое терапевтическое действие, стабильность, однородное распределение лекарственного вещества или его раствора в мази, мягкая консистенция, быстрое образование тончайшей пленки на глазном яблоке, хороший контакт с глазом и отсутствие слипания века. рН мази должен отвечать рН слезной жидкости, поскольку в противном случае возникает сильное слезотечение и происходит вымывание лекарства.
Важным критерием в технологии изготовления глазных мазей является консистенция. Глазные мази должны быть мягкими и в области температур 1550°С проявлять стабильную вязкость. При температуре 30°С вязкость должна
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
составлять 0,3 – 1,0 Па . с. Необходимую консистенцию обеспечивают мазевые основы. Основы для получения мягких лекарственных средств для глаз подразделяют на гидрофобные, гидрофильные (водосмываемые и водорастворимые), адсорбционные. Мазевая основа не должна иметь посторонних включений и примесей; необходимо, чтобы она была стерильной, нейтральной; легко и равномерно распределяться на слизистой оболочке глаза и конъюнктивы.
ГФ XI издания рекомендовала в качестве гидрофобной основы сплав вазелина, не содержащего восстанавливающих веществ (90 частей) и безводного ланолина (10 частей). Многие глазные мази с антибиотиками готовятся на основе, представляющей сплав ланолина безводного с вазелином в соотношении 4:6. В качестве мазевой основы используется композиция из вазелина, воды, жидкого парафина и безводного ланолина (7:5:3:6). Предложены основы, содержащие продукты переработки ланолина: основа ХНИХФИ, состоящая из спиртов шерстного воска, церезина, вазелинового масла и вазелина в соотношении (4:24:60:10), а также гидролин (гидрогенизированный ланолин) и другие.
Наряду с гидрофобными мазями, разрабатываются также гидрофобные гели с диоксидом кремния, стеаратами или же полимерами в качестве гелеобразователей. Однако до сих пор они не получили должного признания, так как после антимикробной тепловой обработки наблюдается значительное изменение их вязкости.
Альтернативой гидрофобным основам выступают гидрофильные основы, такие как гидрогели (желе), гели на основе ПЭГ, эмульсионные и гидр офильные основы на метилцеллюлозных гелях, эмульсии типа масло-вода. Лекарственные формы, полученные на гидрофильных основах, также имеют недостатки. Мази на гидрофильных основах первоначально не вызывают жжения в глазу, однако вызывают неприятное чувство «песка» и имеют склонность после высыхания склеивать веки. Время их нахождения в конъюнктивальном мешке меньше, чем у гидрофобных мазей, что обеспечивает меньшую продолжительность терапевтического действия. Применение мазей на полиэтиленгликолевой основе ограничено из-за их раздражающего действия, обусловленного высокой осмолярностью. Переносимость эмульсионных мазей типа масло-вода зависит от степени раздражающего действия используемых эмульгаторов.
В последние годы при изучении биофармацевтических характеристик глазных мазей установлено, что эффективность высвобождения лекарственных
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
веществ увеличивается при использовании офтальмологических основ эмульсионного типа по сравнению с водными каплями. Высвобождение лекарственных веществ зависит от их распределения между масляной и водной фазами эмульсионной мазевой основы, диффузии лекарственных веществ из основы. Использование офтальмологических мазей на эмульсионных основах позволяет существенно снизить дозу лекарственного препарата и его побочное действие при удовлетворительном терапевтическом эффекте.
Традиционные офтальмологические лекарственные формы для местного применения имеют низкую биодоступность из-за быстрого выведения лекарственного вещества, абсорбции на конъюнктиве, частичного использования введенной дозы из-за лакримации и нормальной слезотекучести, в результате чего эффективность препарата не превышает нескольких процентов. Для усиления терапевтического действия увеличивают либо концентрацию действующих веществ, либо частоту инстилляций. Все это приводит к выводу о необходимости пролонгирования действия, что с одной стороны, позволит увеличить время контакта между лекарством и роговицей и улучшить терапевтический эффект, а с другой стороны, будет способствовать комфортности в применении.
Один из практикуемых в настоящее время подходов в обеспечении необходимого времени высвобождении лекарственного вещества, состоит в применении вязких препаратов, чаще всего, гидрогелевого типа.
Гидрогели – это полимеры, которые имеют способность набухать в воде или в водных растворах. Полимерная структура способна образовывать набухшую гелеобразную фазу, которая сохраняет растворитель, а в случае кросс-связанных полимеров не растворяется без растворителя.
Однако вязкие препараты имеют ряд недостатков: количество высвобожденного вещества в процессе наружного применения может изменяться, несмотря на точное предписание; присутствие вязкого растворителя или некоторых вспомогательных веществ вызывает затуманивание зрения или нежелательные побочные эффекты.
Совершенствованию технологии глазных мазей будет способствовать направленный поиск новых мазевых основ, в частности применение гелей редкосшитого сополимера акриловой кислоты – карбопола. На основе геля карбопола готовят мягкие лекарственные формы с противовоспалительными и ранозаживляющими средствами (гидрокортизон, дексаметазон, актовегин, солкосе-
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
рил), антибиотиками и противовирусными веществами (гентамицин, тетрациклин, хлорсиг, зовиракс, виролекс), витаминами (В2, В6, В12, А, Е, Д), антиглаукоматозные препараты (пилогель, суспензия бетаксолола и др.).
Технология получения глазных мазей типична и включает такие стадии:
−подготовка производства (подготовка производственных помещений, воздуха, оборудования, персонала и спецодежды);
−подготовка лекарственных веществ и мазевой основы;
−получение многокомпонентной мазевой основы;
−введение лекарственных веществ в основу;
−гомогенизация мази;
−фасовка, упаковка, маркировка готовой продукции.
Глазные мази готовят со строгим соблюдением правил асептики; термостабильные лекарственные и вспомогательные вещества должны быть предварительно простерилизованы, а лекарственные вещества, нерастворимые в мазевой основе, должны быть измельчены до минимальной степени дисперсности, что обеспечит высокую биодоступность и отсутствие чувства дискомфорта при нанесении мази. Особенности изменений технологии получения глазных мазей указываются в нормативно-производственной документации.
Для упаковки глазных мазей применяют мелкоемкие металлические тубы с лакированной внутренней поверхностью с целью предотвращения контакта металла с лекарственным веществом. Все большее распространение находят полимерные материалы для упаковки мягких средств для глаз с смонтированным или прилагаемым наконечником. Содержимое тубы должно быть не более 5 г, они должны быть тщательно укупоренными, чтобы предотвратить микробное загрязнение.
Глазные карандаши. В последнее время очень редкая лекарственная форма. В офтальмологической практике их применяют для прижигания слизистых оболочек. Карандаши для глаз получают плавлением основы и действующих веществ с последующим выливанием массы в специальные формы, где они застывают и, теряя влагу, твердеют.
21.7. ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ВСТАВКИ
Одно из главных достижений в области офтальмологических исследований – это создание глазных лекарственных вставок. Глазные вставки
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
являются альтернативной лекарственной формой используемых пролонгированных препаратов для глаз .
Глазные вставки представляют собой стерильные твердые или мягкие препараты, предназначенные для вставки в конъюнктивальный мешок. Их размер и форма специально предназначены для офтальмологического применения. Они обычно состоят из матрицы, в которую либо включено, либо не включено лекарственное вещество или действующее вещество окружено мембраной, контролирующей скорость его высвобождения. Действующее вещество должно быть достаточно растворимо в физиологической жидкости и высвобождаться в течение определенного периода времени.
Глазные вставки могут быть использованы для местной или системной терапии. Основная задача их состоит в увеличении времени контакта препарата и конъюнктивы. В сравнении с традиционными офтальмологическими препаратами глазные вставки обладают рядом преимуществ.
При инстиляции глазных капель в конъюнктивальний мешок лекарственное вещество быстро вымывается слезной жидкостью и как результат значительное количество препарата теряется и не оказывает лечебного действия. Для достижения терапевтического эффекта больному
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
необходимо проводить до 5-8 инстиляций в день, а иногда и более. В результате чего часто развивается стойкость микрофлоры глаза к введенным антибиотикам и сульфамидным препаратам; иногда наблюдаются выраженные аллергические реакции.
Глазные лекарственные вставки позволяют осуществлять точное контролируемое дозирование лекарственных веществ; обеспечивать пролонгированное высвобождение их в результате увеличения времени контакта препарата с поверхностью глаза; уменьшить количество введений препарата; повысить его терапевтическую концентрацию в тканях глаза, сократить курс лечения в 2-3 раза, снизить побочные реакции, а также проводить лечение в условиях, когда другие способы применения лекарств затруднены или невозможны.
Классификация глазных вставок основана на их растворимости:
−растворимые;
−нерастворимые;
−биорастворимые (биорасщепляемые).
Растворимые офтальмологические вставки. Этот класс является старейшим. Поскольку вставки полностью растворимы, нет необходимости их удалять с участка применения, что имеет положительное значение для пациента. Растворимые вставки довольно хорошо изучены и оценены тестами in vitro и in vivo. Но для них характерны и такие недостатки, как высокая скорость проникновения слезной жидкости во вставку; затуманивание зрения, вызванное солюбилизацией компонентов; недостаточность контакта с поверхностью глаза из-за присущей структуры (сухие и гладкие).
В зависимости от природы используемых полимеров растворимые глазные вставки подразделяются на: полученные на основе натуральных полимеров и на основе синтетических или полусинтетических полимеров.
Растворимые глазные вставки на основе натуральных полимеров.
Впервые вставки, содержащие натуральный полимер – коллаген – были разработаны С. Н. Федоровым, как повязка после хирургических операций глаза. С тех пор научные исследования, в основном, направлены на улучшения механизма высвобождения лекарственных веществ и способов их введения во вставку. Такие системы дают возможность уменьшить число осложнений и
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
ускорить заживление поврежденных тканей глаза. Кинетика высвобождения лекарств из вставок этого вида сопоставима с кинетикой высвобождения лекарственных веществ из гидрофильных контактных линз.
Растворимые глазные вставки на основе синтетических и полусинтетических полимеров. Наиболее часто описываемый в литературе вид вставок. Они имеют преимущества за счет простого дизайна, материалов, традиционно используемых в офтальмологии, и легкой технологии получения (медленное испарение, экструзия, сжатие или прессование в формах).
Высвобождение действующих веществ из таких систем характеризуется двумя различными фазами: первая соответствует проникновению слезной жидкости во вставку, что вызывает диффузию вещества и образование слоя геля вокруг поры вставки. Это внешнее гелеобразование вызывает второй период, соответствующий уменьшению скорости высвобождения, которая продолжает контролироваться диффузией.
Нерастворимые офтальмологические вставки. Данная группа глазных вставок классифицирована следующим образом:
−диффузионные системы;
−осмотические системы;
−гидрофильные контактные линзы.
Основным недостатком нерастворимых вставок является их обязательное удаление после использования.
Диффузионные офтальмологические вставки. Они состоят из центрального резервуара и действующего вещества, помещенного в него. Резервуар состоит из специальных полупроницаемых или микропористых мембран, которые позволяют лекарственным веществам диффундировать с определенной скоростью. Высвобождение из таких систем контролируется слезной жидкостью, проникающей через мембрану, и способствует достижению необходимого внутреннего давления, что позволяет управлять высвобождением веществ из резервуара.
Резервуар может состоять из глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля, воды, смеси метилцеллюлозы с водой, альгината натрия, поливинилпирролидона, полиоксиэтиленстеарата, жирных кислот. Микропористые мембраны могут состоять из поликарбонатов, поливинилхлоридов, полиамидов, полисульфонов, полиэфиров,
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
поливинилацетатов, полиуретана, акриловых смол, эфиров целлюлозы, кросссшитых полиэтиленоксида, поливинилпирролидона, поливинилового спирта.
Скорость высвобождения лекарственных веществ из таких систем характеризуется тремя фазами. Начальная скорость обычно высокая, что соответствует достижению состояния равновесия между резервуаром и поверхностью глаза. Затем скорость уменьшается до некоторого постоянного значения, что соответствует равномерной скорости высвобождения веществ. В третьей фазе происходит окончательное уменьшение скорости высвобождения, что соответствует снижению количества действующих веществ.
Осмотические офтальмологические вставки. Они состоят из центральной части, окруженной периферийной. Центральная часть может состоять как из простого резервуара, так и двух различных отделений. В первом случае резервуар состоит из лекарственного вещества, распределенного в полимерной матрице. Водопроницаемая матрица может быть выполнена из сополимеров этиленвиниловых эфиров, пластифицированных поливинилхлорида или полиамидов, полиизобутелена, полиэтилена, кросссвязанного поливинилпирролидона, полиуретана.
Резервуар, наряду с лекарственным веществом, может содержать растворенные вспомогательные вещества для создания осмотического давления. Для этих целей используют натрия хлорид, натрия и калия сульфат, кальция сульфат, гидрофосфат калия, магния хлорид или сульфат, лития хлорид, кальция лактат, магния сукцинат, винную кислоту, ацетамид, сорбитол, маннитол, глюкозу и лактозу.
Во втором случае активная субстанция и вещества для создания осмотического давления помещены в два различных отделения. Резервуар с лекарственным веществом окружен эластичной непроницаемой мембраной, а резервуар со вспомогательными веществами – полупроницаемой.
Периферийная часть осмотических вставок содержит пленку из нерастворимого полупроницаемого полимера на основе, например, производных ацетилцеллюлозы, этиленвинилацетата, полиэфиров акриловой и метакриловой кислот, эфиров поливинилалкила, полистирола. Характер высвобождения лекарственных веществ из осмотических вставок различен и зависит от их строения.
Гидрофильные контактные линзы. В настоящее время наиболее быстро развивающийся класс офтальмологических вставок. Контактные линзы
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
представляют собой когерентную систему – это ковалентно кросс-связанный гидрофильный или гидрофобный полимер, структура которого позволяет удерживать воду, водные растворы лекарственных веществ или твердые компоненты. Полимерная сетка состоит из повторяющихся единиц одних и тех же или различных мономеров, образующих длинные цепи. Эти цепи соединены вместе внутренними мостиками или кросс-линиями, которые ответственны за когерентную структуру системы. Такие кросс-линейные системы не растворяются, но могут набухать, абсорбируя воду.
В настоящее время в мировой классификации контактные линзы подразделяют на 5 групп: жесткие, полужесткие, эластомерные, мягкие гидрофильные и биополимерные.
Возможность введения лекарств в контактные линзы зависит от того, является ли их структура гидрофильной или не гидрофильной. Гидрофильные контактные линзы – это системы, включающие от 35 до 80% воды. Они не обеспечивают доставку лекарств той же концентрации, которую обеспечивают другие офтальмологические системы, поскольку технологические аспекты (количество лекарственных веществ, время замачивания контактных линз и др.) способствует заметному различию высвобождения лекарства. Высвобождение из таких систем в начале очень быстрое, а затем происходит по экспоненциальной кривой. В литературе приводятся различные способы, позволяющие уменьшить скорость высвобождения и обеспечивать равномерное содержание действующих веществ. Суть этих способов заключается в уменьшении гидрофильности путем добавления гидрофобных компонентов или
в введении лекарственных веществ в мономерную смесь и др.
Использование контактных линз в качестве систем доставки лекарственных веществ, кроме того, затруднено еще по двум причинам. Во-первых, в процессе применения происходит регулярный контакт рук пациента с линзами, что приводит к высокому риску контаминации и частым процедурам промывки, а это вызывает потерю лекарств. Во-вторых, это их покавысокая цена.
Большим преимуществом контактных линз является то, что это единственный класс офтальмологических лекарственных форм, которые способны корректировать рефракционные недостатки зрения и обеспечивать улучшение остроты зрения. Перспективы развития контактных линз как носителей лекарственных веществ связаны с решением вопросов,
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
направленных на создание линз постоянного ношения в течение всего периода лечения.
Биорастворимые офтальмологические вставки. Представляют собой матрицу с гомогенно диспергированным лекарственным веществом, включенным или не включенным в гидрофобный слой. Этот слой является непроницаемым для действующих веществ.
Основными компонентами этого вида вставок являются так называемые «биорастворимые полимеры», т.е. материалы, которые подвергаются гидролизу химических связей и, следовательно, растворению. Биорастворимость здесь определяется как свойство материала в течение продолжительного периода времени распадаться на составные части или выделяться из структуры в результате воздействия на него среды глаза. Этот процесс не должен оказывать токсического воздействия на глаз.
Из биорасщепляемых глазных вставок трудно контролировать процесс высвобождения лекарственных веществ. На сегодняшний день предложены раличные методы контроля высвобождения: использование новых перспективных биорастворимых материалов; изменение составов путем введения различных вспомогательных веществ для увеличения или уменьшения скорости эрозии вставки (в основном, анионные ПАВ ускоряют процесс эрозии, катионные – замедляют его). Удачными биоэрозийными материалами для офтальмологического использования являются полиортоэфиры и полиортокарбонаты. При высвобождении лекарства из таких систем важным является контакт средства со слезной жидкостью, включая поверхностную биоэрозию матрицы. Но основная польза этих биоэрозийных полимеров заключается в возможности модуляции их скорости эрозии путем модификации их конечной структуры в течение синтеза.
Хотелось бы отметить, что современные офтальмологические средства доставки лекарств имеют много положительных сторон, однако только некоторые из них нашли широкое применение. В будущем применение твердых офтальмологических средств будет расширяться благодаря всесотороннему изучению новых полимеров, появлению эффективных лекарственных веществ, обладающих минимальным количеством побочных эффектов, увеличению эффективности лечения путем обеспечения оптимальной концентрации лекарства в глазу в течение продолжительного периода времени.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Современные офтальиологические вставки относятся к препаратам третьего поколения, но история их развития началась с создания и совершенствования минимсов, ламелей и глазных пленок.
Минимсы – это небольшая емкость из высокополимерного материала, рассчитанная на небольшой объем (4-12 капель) жидкого или мазеобразного (около 0,5 г) лекарства. Форма данной емкости позволяет легко вскрыть ее, выдавить одну каплю раствора или 100 мг мази, встряхнуть их для очистки выходного отверстия, а затем внести на слизистую оболочку в конъюнктивальный мешок одного или обоих глаз несколько капель раствора или порцию мази.
Изготавливаются минимсы за рубежом рядом фармацевтических предприятий. На специальной формовочной машине, использующей в качестве исходного материала гранулированный полиэтилен высокого давления, стерилизуемый окисью этилена и подаваемый на автоматическое заполнение с помощью дозирующего автомата стерильным раствором или мазью, содержащими соответствующее лекарственное вещество. После наполнения минимсы герметизируются в асептических условиях, вновь стерилизуются окисью этилена, упаковываются в фольгу или другие материалы, на которые наносятся требуемые данные (название лекарства, доза, дата изготовления, срок годности, серия, способ употребления и т. д.).
Глазной лекарственной формой одноразового применения, предназначенной для закладывания в конъюнктивальный мешок – ламели, представляющие собой небольшие овальные диски диаметром 3 мм, содержащие в составе желатиновой массы различные лекарственные вещества, применяемые в офтальмологической практике.
Ламели были предложены в прошлом столетии офтальмологом Альменом, однако широкого распространения ламели не получили, хотя и продолжают применяться в отдельных случаях до настоящего времени и даже включены в фармакопеи ряда стран. Ламели готовят в условиях фармацевтического производства на стерильных основах с использованием высокоочищенных лекарственных веществ, с соблюдением строгой асептики или, стерилизуя их окисью этилена.
Оригинальной офтамологической лекарственной формой одноразового применения следует назвать глазные пленки – пластины овальной формы (средней массой 0,015 г и размерами 9,0х4,5х0,35 мм), состоящие из биорастворимого и совместимого с тканями глаза полимера и лекарственного вещества.
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
Они предназначены для закладывания в конъюнктивальный мешок при вирусных, бактериальных, аллергических и других заболеваниях глаз, а также пленки, ускоряющие репаративные процессы после повреждений различной этиологии.
Глазные пленки используют для замены частных инстилляций глазных капель и пролонгирования действия лекарственных веществ за счет удлинения времени их контакта с тканями глаза. Растворимость пленок определяется составом основы и может составлять 35-90 минут. Промышленностью освоен выпуск глазных пленок с сульфапиридазин-натрием, неомицина сульфатом, флореналем, дикаином, пилокарпина гидрохлоридом, канамицином и другими лекарственными средствами.
21.8. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГЛАЗНЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ
Глазные капли согласно ГФУ и фармакопей ведущих стран Европы контролируют по таким показателям качества: описание, идентификация, прозрачность, цветность, рН, сопутствующие примеси, объем содержания контейнера (для многодозовых контейнеров), стерильность, механические включения, количественное содержание действующих веществ и антимикробных консервантов. Глазные капли, в состав которых входят вещества, обеспечивающие определенную вязкость, дополнительно контролируют вязкость. Для глазных капель на основе маслянных растворителей дополнительно контролируют кислотное и перекисное число. Для глазных капель в виде суспензий дополнительно контролируют размер частиц. Не допускается наличие частиц размером более 90 мкм. Многодозовый контейнер должен содержать не более 10 мл препарата.
Глазные примочки должны быть прозрачными, свободными от частиц и стерильными. На этикетке многодозовых контейнеров указывают сроки хранения препарата после вскрытия контейнера, который не должен превышать четырех недель.
Глазные мягкие лекарственные средства должны отвечать требованиям общей статьи «Мягкие лекарственные средства для местного применения». Дополнительно глазные мази контролируют по следующим показателям качества: масса содержимого контейнера, металлические частицы,
ГЛАЗНЫЕ ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ
стерильность, герметичность контейнера. Для мазей, основы которых содержат триглицериды жирных кислот, дополнительно контролируют кислотное и перекисное числа. Глазные мази, содержащие диспергированные твердые частицы, должны выдерживать испытания на размер частиц. Не допускается наличие частиц размером более 90 мкм.
Для глазных лекарственных вставок проводят контроль соответствия к требованиям статьи «Однородность содержания действующего вещества в единице дозированного лекарственного средства»; определяют дозу действующего вещества, высвобождающуюся в единицу времени, стерильность, растворимость (для растворимых и биорастворимых вставок), физико-химические свойства (прозрачность, сплошность, шероховатость поверхности, эластичность, прочность и др.).
21.9. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ
Перспективы развития лекарственных средств для применения в офтальмологии связаны с разработкой и выпуском глазных терапевтических систем (ГТС) новых поколений с регулируемым высвобождением и направленной доставкой действующих веществ в очаг патологии.
Насыщение фармацевтического рынка офтальмологическими лекарственными средствами возможно за счет постоянного расширения ассортимента на основе оригинальных субстанций, поиска и изучения новых вспомогательных веществ, совершенствования технологий изготовления, оснащения производителей передовым технологическим оборудованием, которое позволило бы выпускать новые препараты высокого качества, имеющие высокую биодоступность, стойкость в процессе хранения, и отличающихся простотой и удобством в применении пациентами.
Расширение ассортимента препаратов для офтальмологии, а также создание условий производства в соответствие с принципами GMP позволят максимально снизить валютные затраты на закупку препаратов у иностранных фирм и выведут отечественных производителей с конкурентно-способной продукцией на мировой фармацевтический рынок.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ГЛАВА 22. ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
22.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Для фармацевтической промышленности, как и для других отраслей производства, характерна смена поколений выпускаемой продукции. За последние десятилетия среди лекарственных форм сменилось несколько поколений (см. главу 1, раздел «Проблемы и пути совершенствования фармацевтической технологии»):
1.Традиционные лекарственные формы.
2.Пролонгированные лекарственные формы.
3.Лекарственные формы с контролируемым высвобождением действующих веществ.
4.Лекарственные формы для направленного транспорта и доставки лекарственных веществ в мишени.
Некоторые ученые (Bhaskara R. Jasti and Tapash K. Ghosh) выделяют пя-
тое поколение лекарств – генную терапию, которую связывают с направленной доставкой терапевтических агентов в генетически пораженные клетки методами генной инженерии и нанотехнологии.
Традиционные лекарственные формы (у которых короткая биофармацевтическая фаза, неудовлетворительная биодоступность и высокая частота применения) и даже препараты с пролонгированным эффектом, характеризуются тем, что концентрация действующих веществ в кровотоке не регулируется и часто отличается от терапевтической. Оптимальным приближением к природным физиологическим процессам организма человека обладают лекарственные формы 3-го и 4-го поколений, главным преимуществом которых является регулируемость и программируемость высвобождения действующих веществ.
Совершенствование регулируемости и направленности действия биологически активных веществ в последние годы является главным направлением в развитии фармацевтической технологии. Наибольшее внимание среди лекарственных форм с регулируемой скоростью высвобождения лекарственных ве-
ществ (ЛВ) заслуживают терапевтические лекарственные системы.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Терапевтические системы (ТС) в отличие от традиционных не распадаются сразу же после их введения в организм, а функционируют в течение требуемой длительности терапевтического действия. Большое преимущество ТС состоит в том, что их однократное введение в организм обеспечивает продолжительное действие, обеспечивая на постоянном уровне терапевтическую концентрацию. Такие формы гарантируют стабильное снабжение организма лекарственными веществами и уменьшение их побочных эффектов, они обеспечивают точность дозирования, безопасность, широкий спектр действия и удобство для пациента. Применение ТС дает возможность уменьшить курсовую дозу ЛВ.
Время высвобождения лекарственных веществ зависит от вида терапевтической системы, оно может составлять от нескольких суток до нескольких лет, что особенно важно для лечения хронических заболеваний. В этот период терапевтические системы должны обеспечить постоянную концентрацию лекарственной субстанции в организме. Скорость высвобождения лекарственных веществ не зависит от его количества в системе и согласуется с кинетикой нулевого порядка, она уменьшается одновременно с уменьшением количества субстанции в данной форме, а зависит от свойств вспомогательных веществ и вида системы. ТС характеризуется не дозой, а количеством лекарственной субстанции, дошедшей до организма в единицу времени.
Терапевтические лекарственные системы должны частично или полно-
стью характеризоваться:
–пролонгированным действием;
–регулируемым или программируемым высвобождением ЛВ;
–целевым транспортом ЛВ к органу-мишени.
К «идеальной» ТС предъявляется ряд требований: простота получения; стабильность и сохранность при хранении и приеме (в том числе стерильность); отсутствие токсичности и аллергентности; обеспечение защиты действующего вещества от деградации; аккумулирование препарата в месте действия и высвобождение его в терапевтической дозе; биодеградируемость при минимальной токсичности.
ТС, как правило, состоит из следующих элементов:
•лекарственное вещество (которое каким-либо способом присоединено
кносителю или включено в него);
•терапевтическая программа;
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
•носитель всей системы или источник энергии;
•элемент связи с биологической системой – акцептором или элемент «узнавания», обеспечивающего процесс специфического узнавания и связывания веществ.
22.2.ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВЫСВОБОЖДЕНИЕМ
К преимуществам терапевтических систем с контролируемым высвобождением лекарственных веществ относятся: более эффективная терапия; исключение возможности как передозировки, так и недодозировки; поддержание концентрации действующего вещества на необходимом уровне; более редкие введения препарата; удобство для пациента.
В тоже время системы с контролируемым высвобождением имеют некоторые недостатки, которые заключаются в возможной токсичности и бионесовместимости материалов, входящих в состав таких систем, образовании нежелательных продуктов распада, необходимости хирургического вмешательства для инсталляции или удаления системы, возможном дискомфорте пациента, достаточно высокой стоимости по сравнению с традиционными лекарственными формами. На основании перечисленных выше достоинств и недостатков систем с регулируемым высвобождением лекарственных веществ, можно сформулировать требования к такой системе: она должна быть инертной, биосовместимой, механически прочной, удобной для пациента, способной инкорпорировать в себя достаточное количество лекарственных веществ, легко инсталлироваться и извлекаться из организма, технология ее изготовления должна быть простой и система должна легко подвергаться стерилизации.
Терапевтические системы с контролируемым высвобождением делят на группы в зависимости от механизмов высвобождения и от путей проникновения лекарственного средства в организм больного. Их подразделяют на:
•пассивные, у которых силы, вызывающие высвобождение ЛВ, возникают внутри системы (диффузия, осмос и др.);
•активные, у которых силы, высвобождающие ЛВ, возникают под действием набухания или биодеструкции в организме;
•самопрограммирующиеся, высвобождение из которых происходит по
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
эндосигналу, например инсулиносодержащие системы реагируют на уровень глюкозы в крови.
В настоящее время рассматривают три основных типа контролируемого высвобождения лекарственных веществ, при которых наблюдаются различные концентрационные профили их содержания в плазме (рис. 22.1). Для 1-го типа высвобождения характерно поддержание постоянной концентрации БАВ в течении заданного промежутка времени. Такой механизм высвобождения используется в случаях, когда необходимо поддержание концентрации лекарственных веществ в крови на стабильном терапевтическом уровне в течении длительного промежутка времени.
2-й тип обеспечивает циклическое высвобождение лекарственных веществ в течении длительного периода. Терапевтические системы с таким механизмом высвобождения могут быть использованы при терапии, которая требует эпизодического увеличения концентрации лекарственных веществ, которое следует после периода «отдыха» (т.е. когда концентрация действующих веществ резко падает ниже терапевтического уровня).
Рис. 22.1. Основные типы концентрационных профилей контролируемого высвобождения ЛВ:
1 – постоянный в течении длительного периода времени, 2 – циклический в течении длительного периода времени, 3 – доставка ЛВ происходит под воздействием определенных факторов среды или других внешних воздействий
При 3-м типе контролируемое высвобождение происходит под действием изменений в организме или каких-либо других внешних факторов. Изменение рН, температуры или концентрации БАВ может спровоцировать высвобожде-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ние ЛВ из системы. Например, при лечении диабета важным является то, чтобы выделение инсулина происходило только после того, как содержание глюкозы в крови достигнет определенного критического уровня. Таким образом, этот тип систем доставки лекарственных веществ должен иметь в своем составе чувствительные к концентрации глюкозы курьеры, которые будут регулировать высвобождение инсулина в кровоток.
ТС могут высвобождать ЛВ путем следующих механизмов:
•диффузии – резервуарные и матричные, выполненные из стабильных и деградирующих полимеров;
•химического разрушения полимера по осмотическому механизму или активацией растворителями;
•с магнитным и ультразвуковым регулированием высвобождения, а также с управлением микрокомпьютерами.
Диффузия происходит, когда лекарственное вещество выходит из системы с контролируемым высвобождением в окружающую среду. Такая диффузия может происходить на макроскопическом уровне (через отверстия в матрице системы) или на молекулярном уровне (прохождение между молекулами матрицы). Полимер и активное вещество могут образовывать гомогенную систему (рис. 22.2). Примером матричных систем с контролируемым высвобождением являются полимерные микросферы.
Рис. 22.2. Диффузия лекарственных веществ из гомогенных ТС с контролируемым высвобождением
Системы, реагирующие на изменения окружающей среды, обеспечивают высвобождение лекарственных веществ только в особых условиях. До тех пор пока такая система не попадает в определенную среду, она непроницаема для БАВ. Такие системы принципиально отличаются от резервуарных и матричных
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
систем, которые являются стабильными в биологических средах и не изменяют своих размеров путем набухания или деградации.
Системы контролируемого набухания изначально являются сухими, а после попадания в организм, они абсорбируют воду или другую жидкость организма и набухают. При набухании увеличивается размер полимерной системы и растворитель проникает внутрь системы, обеспечивая диффузию лекарственных веществ через сетку набухшей системы в окружающую среду. В качестве материала для таких систем используют гидрогели, которые набухают без растворения при попадании в воду или другую биологическую жидкость. Такие гидрогели могут абсорбировать значительное количество жидкости (6090%). Состав гидрогелей может быть подобран таким образом, что набухание будет происходить только при изменении определенных параметров окружающей среды, например температуры, рН, ионной силы и др. (табл. 22.2).
Таблица 22.2 Гидрогели, чувствительные к изменениям окружающей среды,
применяемые в системах доставки ЛВ
Фактор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
окружающей |
Гидрогель |
|
Механизм действия |
|
|||||
среды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рН |
Кислотные |
и |
основные |
Изменение |
рН, |
|
набухание, |
||
|
гидрогели |
|
|
|
высвобождение лекарственных веществ |
||||
Ионная сила |
Гидрогели, |
|
содержащие |
Образование |
электрон-донорного |
||||
|
электрон-акцепторную группу |
соединиения, |
изменение |
|
заряда |
||||
|
|
|
|
|
комплекса, набухание, высвобождение |
||||
|
|
|
|
|
лекарственных веществ |
|
|
|
|
Ферменты |
Гидрогели, |
|
содержащие |
Присутствие субстрата, |
энзиматическое |
||||
|
иммобилизированные |
|
преобразование, продукт приводит к |
||||||
|
фермены |
|
|
|
набуханию гидрогеля, |
высвобождение |
|||
|
|
|
|
|
лекарственных веществ |
|
|
|
|
Магнитное поле |
Магнитные |
|
|
частицы |
Применение |
магнитного |
|
поля, |
|
|
распределены |
|
|
в |
изменение размера пор гидрогеля, |
||||
|
микрочастицах альгината |
набухание, |
|
высвобождение |
|||||
|
|
|
|
|
лекарственных веществ |
|
|
|
|
Температура |
Термочувствительные |
|
Изменение |
температуры, |
изменение |
||||
|
гидрогели |
(поли |
(N- |
связей полимер-полимер и вода- |
|||||
|
изопропилакриламид) |
|
полимер, набухание, высвобождение |
||||||
|
|
|
|
|
лекарственных веществ |
|
|
|
|
Электрическое |
Полиэлектролитные |
|
Применение |
электрического |
поля, |
||||
поле |
гидрогели |
|
|
|
изменение |
заряда |
|
мембраны, |
|
|
|
|
|
|
электрофорез |
|
заряженного |
||
|
|
|
|
|
лекарственного вещества |
|
|
|
|
Ультразвук |
Этилен-виниловые гидрогели |
Воздействие |
ультразвука, повышение |
||||||
|
|
|
|
|
температуры, |
|
высвобождение |
||
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
лекарственных веществ
Набухание гидрогелей может быть обратимым после прекращения воздействия определенного фактора, и таким образом, это приведет к прекращению высвобождения ЛВ из системы. Большинство рНчувствительных гидрогелей набухают при высоких значениях рН и возвращаются в первоначальное состояние при низких значениях рН. Таким образом, наиболее приемлемо их применять при оральном пути введения. ЛВ будет оставаться внутри системы при низких значениях рН в желудке и высвобождаться при попадании в тонкий кишечник, где наблюдаются высокие значения рН.
Все описанные ранее системы не изменяют своей химической структуры при введении в организм. Однако, в последнее время большое внимание и значительное количество исследований было проведено по разработке биодеградируемых систем. Такие матрицы разрушаются внутри тела под воздействием естественных биологических процессов, таким образом не требуется извлечение системы из организма после высвобождения из нее лекарственных веществ.
Лекарственные формы с контролируемым высвобождением, в зависимо-
сти от физико-химических принципов действия и строения, делят на н е-
сколько типов:
Резервуарные ЛФ. В них лекарственное вещество заключено внутрь резервуара, ограниченного мембраной. Скорость диффузии БАВ через мембрану и определяет скорость высвобождения.
Монолитные и матричные ЛФ. Лекарственные вещества заключены в виде растворов или суспензий в полимерную матрицу.
Биодеградирующие ЛФ. Они постепенно растворяются или химически распадаются в процессе применения под воздействием биологических сред организма. Основой служат растворимые или гидролизующиеся полимеры. Скорость диффузии зависит от скорости набухания полимера.
Осмотические ЛФ (мини-насосы). В таких системах скорость высвобождения действующих веществ зависит от роста осмотического давления внутри системы. Они представляют собой смесь лекарственных веществ и осмотического агента (соли), окруженных полупроницаемой мембраной.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Механические инфузионные насосы. В этих системах скорость высвобож-
дения ЛВ задается микропроцессором. Это сложные электронные устройства, воспринимающие сигнал о состоянии организма и его потребностях в данном ЛВ (например, при диабете – инсулин).
В резервуарных (мембранных) системах ЛВ заключено внутрь резервуара, ограниченного мембраной. В зависимости от химического строения мембрана может быть проницаема для веществ, растворимых в воде или липидах. Благодаря микропористому строению мембраны выход лекарственного вещества может происходить посредством диффузии в зависимости от разности концентрации вещества по обе стороны мембраны. Скорость диффузии ЛВ через мембрану и определяет скорость высвобождения. При этом учитывается проницаемость мембраны для ЛВ, размеры, однородность и извилистость пор, гидро- , липофильность т другие параметры мембраны. Простейшей моделью такой системы являются микрокапсулы.
Источник энергии необходим для транспорта лекарственного вещества из его резервуара к отдающему отверстию. В большинстве ТС отдающим отверстием является поверхность мембраны. В качестве материала для мембраны широко используют полимеры типа "Хрономер". Это название характерно для группы полимеров с различными физическими свойствами (твердые, желеобразные, резиноподобные вещества).
Матричные (монолитные) системы представляют собой ЛВ,
помещенное в полимерную матрицу, которая либо растворяется (биодеструктирующие), либо набухает (неразрушимые) под действием биологических сред организма. Неразрушимые системы представляют собой раствор или суспензию ЛВ в полимере, и изготавливают их в виде пленок, шаров, палочек или иной формы, которые вводятся в полости организма или имплантируют под кожу. Особый интерес вызывают системы на основе биодеструктирующих носителей, которые при контакте с жидкостями организма постепенно переходят в растворенное состояние или подвергаются биоэрозии. Скорость диффузии ЛВ зависит от скорости набухания или растворения полимера. Основой для создания матриц служат гидролизирующиеся или биодеградирующиеся полимеры, которые в зависимости от природы подразделяют на:
• гидрофильные (производные целлюлозы, альгиновой и акриловой
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
кислот, агар-агар, коллаген и др.);
•гидрофобные (натуральные воски, синтетические триглицериды жирных кислот, высшие жирные спирты и т.д.);
•инертные, образованные нерастворимыми полимерами (ПВХ, полиэтилен, сополимеры винилацетата, винилхлорида и др.);
•неорганические (бентониты, цеолит, кальция фосфат, бария сульфат и
т.п.).
Среди достоинств матричных систем доставки по сравнению с резервуарными отмечается возможность существенного уменьшения размера и отсутствие необходимости введения для резервуара регулирующих элементов. Недостатком неразрушимых матричных систем является необходимость извлечения их из организма по окончании терапевтического действия.
Восмотических системах (мини-насосы) скорость высвобождения ЛВ зависит от значения осмотического давления внутри системы. Они, как правило, представляют собой смесь ЛВ и осмотического агента, окруженной полупроницаемой мембраной.
ТС с магнитным регулированием позволяют при однократном применении в течение длительного времени поддерживать уровень лекарственного средства внутри желаемого терапевтического диапазона концентраций; обеспечивать избирательность транспорта ЛВ и тем самым снизить уровень его в остальной части организма; уменьшить необходимость в последующем вмешательстве медперсонала; предохранять лекарственное средство от разрушения и сделать лечение более комфортным для больного.
Более перспективными считаются ТС, работающие по принципу обратной связи: скорость высвобождения лекарственного вещества из них регулируется микропроцессором с учетом физиологической необходимости.
Вперспективных системах доставки должны осуществляться не только внешнее регулирование и программирование, но и саморегулирование распределения лекарственного средства на основе замкнутого цикла обращения при участии сенсоров. Принцип сенсорного регулирования основывается на биохимических процессах организма. Саморегулирование может осуществляться за счет гормонов, углеводов, жиров, ферментов, электролитов, содержащихся в организме, отношения глюкоза – гликоген, значения рН, электрических сигналов биосистем и т.д. Создаваемые терапевтические
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
системы должны быть минимальных размеров и подвергаться биоразрушению, чтобы снизить риск посторонних реакций.
ТС по механизму действия их делят на системы общего действия (для перорального, трансдермального и парентерального путей введения) и на системы локального действия (для введения в глаз, матку, ректальный и внутриполостной путь введения).
В зависимости от пути введения системы доставки ЛВ делят на следующие группы:
•пероральные и защечные: оральные системы контролируемого высвобождения; осмотические системы для высвобождения ЛВ в желудочнокишечном тракте; коллоидные системы; системы с обратной связью; системы с пульсирующей подачей активного компонента; системы с мгновенным растворением ЛС; буккальные таблетки и лепешки; адгезивные пластыри;
•трансдермальные (ТТС): накожные полоски с высвобождением лекарственного средства в течение 1-7 дней; системы «Azone»; накожные системы с «пульсирующей» подачей лекарственного средства (мази, кремы, лосьоны, аэрозоли, пластыри);
•офтальмологические: системы с введением лекарственного средства под веко; пролонгированные глазные системы, пленки, глазные вставки;
•внутриполостные: вагинальные терапевтические системы, суппозитории и таблетки; осмотические мини-насосы для ректального введения; системы для введения лекарств через нос;
•системы различного типа: инфузионные и имплантируемые системы; наружные осмотические насосы; стоматологические системы; монолитные матричные системы на гидрофильных и гидрофобных композициях; многофазные липосомальные системы и др.
22.3. Пероральные ТС
Этот вид ТС следует рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование лекарственных форм, так как они представляют собой, как правило, системы с саморегуляцией и обратной связью. Основным компонентом этой системы является макромолекулярная полимерная мембрана, регулирующая отдачу и фиксацию ЛВ в зависимости от его содержания в крови. Такая саморегуляция осуществляется благодаря тому, что макромолекулы используе-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
мого полимера обладают способностью изменять свою конформацию в зависимости от концентрации ЛВ в крови.
На высвобождение лекарственных веществ из них влияют такие факторы, как природа вспомогательных веществ; соотношение количества полимера и ЛВ; форма матричной системы; наличие оболочки.
Основными технологическими способами получения пероральных ТС яв-
ляются – покрытие их оболочкой и инкорпорирование.
Среди ТС, полученных путем инкорпорирования, большой интерес представляют матричные таблетки. В них вспомогательные вещества (ВВ) образуют непрерывную сетчатую структуру (матрицу), в которой равномерно распределены ЛВ. Матрица медленно растворяется в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) или выводится из организма в виде пористой массы, поры которой заполнены жидкостью. Такие таблетки еще называют скелетными или каркасными. Кроме того, матрица является барьером, который ограничивает контакт ЛВ с жидкостями ЖКТ и контролирует ее высвобождение.
В зависимости от природы ВВ матрицы подразделяют на: гидрофильные,
гидрофобные, инертные и неорганические.
Гидрофильные (гидроколлоиды) матрицы содержат производные целлюлозы, альгиновой кислоты, агар-агар, полимеры акриловой кислоты и др.
Гидрофобные (липидные) – это натуральные воски (карнаутский) или синтетические триглицериды жирных кислот: миристиновой, пальмитиновой, стеариновой; гидрированных растительных масел, высшие жирные спирты.
Инертные матрицы образованы нерастворимыми полимерами (поливинилхлорид, полиэтилен, сополимеры винилацетата, винилхлорида, микрокристаллическая целлюлоза).
Неорганические матрицы получают с помощью нерастворимых веществ: двузамещенный кальция фосфат, аэросил, бария сульфат, бентонит, цеолит и др.
Как правило, матричные таблетки получают прямым прессованием из смеси ЛВ и ВВ; микрогранул и микрокапсул или сухого гранулята с использованием полимера.
Скорость высвобождения веществ из системы можно регулировать изменением площади поверхности, толщины и проницаемости мембраны. Пористость матрицы оказывает значительное влияние на скорость высвобождения ЛВ, которую регулируют силой давления прессования, степенью измельчения составляю-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
щих компонентов матрицы, количеством легкорастворимых веществ – преобразователей. В качестве преобразователей используют натрия хлорид, ПЭГ и др.
Эти вещества, растворяясь в проникающей жидкости, увеличивают в матрице количество заполненных растворителем капилляров, что повышает скорость диффузии ЛВ. Однако наличие в матрице большого количества пор, заполненных воздухом, служит барьером и уменьшает скорость диффузии ЛВ. Как правило, преобразователь вводят в состав таблетки простым смешиванием с компонентами матрицы, что приводит к равномерному их распределению. Есть и другие пути получения таких таблеток.
Представителем данных таблеток являются таблетки «Орос», выполняющие функции осмотического насоса. Они состоят из ядра с водорастворимыми лекарственными субстанциями и ВВ, а также полупроницаемой нерастворимой мембраной, в которой с помощью лазера проделывается отверстие. Когда вода проникает через пленку, вещество в ядре медленно растворяется. Образующейся насыщенный раствор всасывает под действием осмотического давления новую порцию воды, которая проникает через мембрану и непрерывно выдавливает раствор с действующим веществом через отверстие наружу (в желудок или кише ч- ник) (рис. 22.3).
Рис. 22.3. Пероральные терапевтические системы типа «ОРОС»
В двухкамерных системах L-OROS HARDCAP слой ЛВ и осмотический насос заключены в твердую желатиновую капсулу, покрытую полупроницаемой мембраной, контролирующей степень высвобождения ЛВ. Система также
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
имеет барьерный слой, изготовленный из инертного материала, который отделяет слой ЛВ от осмотического насоса и препятствует реакции ЛВ с осмотическим насосом. Выпускное отверстие в мембране проделывают с помощью лазера со стороны, противоположной осмотическому насосу.
В системах L-OROS SOFTCAP жидкое ЛВ заключено в мягкую желатиновую капсулу, окруженную барьерным слоем, осмотическим насосом и полупроницаемой мембраной. Барьерный слой защищает желатиновую капсулу от растворения и смешивания ЛВ и осмотическим насосом. Выпускное отверстие в системах L-OROS SOFTCAP проделано через полупроницаемую мембрану, барьерный слой и мягкую капсулу. Осмотический насос сжимает желатиновую капсулу и выталкивает ЛВ через выпускное отверстие.
Преимущество такой формы заключается в том, что введение действующих веществ не зависит от рН и от возможности точного расчета степени высвобождения.
Пока в системе находится лекарственная субстанция в нерастворимой форме, высвобождение идет с постоянной скоростью согласно уравнения:
dm = |
A K P S, |
(22.1) |
|
dt |
h |
S |
|
|
|
||
где dmdt – количество субстанции, высвобожденной во времени, кг/час;
А – верхняя оболочка; h – толщина оболочки, м;
К – коэффициент проникновения оболочки для воды, час–1Ра–1;
PS – осмотическое давление насыщенного раствора лекарственной субстанции, Ра;
S – растворимость лекарственной субстанции, кг/м3.
Количество лекарственной субстанции и время, за которое исходит высвобождение, согласованное с уравнением нулевого порядка, определяется по формуле:
m2 |
|
− |
S |
(22.2) |
= mt 1 |
, |
|||
|
|
|
d |
|
|
|
|
S |
|
1 |
|
|
|
t2 |
= mt 1 |
− |
|
|
|
, |
(22.3) |
|
dm dt |
||||||||
|
|
|
d |
|
|
|
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
где m2 – количество высвобожденной субстанции;
mt – интегральное количество лекарственной субстанции, которая находится в системе, кг;
S – растворимость лекарственной субстанции, кг/м3; d – плотность таблетки, кг/м3;
t2 – время высвобождения;
dmdt – постоянная высвобождения, согласно кинетики нулевого порядка,
кг/час.
Из уравнения можно вычислить радиус дозирующего отверстия для желаемого количества лекарственного средства, высвобождающегося за определенное время. Примером таких таблеток является тазоламид, который нашел применение для снижения глазного давления при глаукоме. Это таблетки, покрытые оболочкой, диаметром 8 мм, с диаметром дозирующего отверстия 0,12 мм. Через 6 часов ЛВ высвобождается из них с постоянной скоростью (15 мг/час).
В настоящее время опробированы пероральные ТС с лития сульфатом, железа сульфатом и индометацином и др.
Известны системы, предназначенные для труднорастворимых в воде ЛВ, которые называют «Пушпульный ОРОС». Эти ТС имеют две камеры , отделенных эластичной перегородкой. Одна из камер с отве рстием, содержит суспензию ЛВ. Вторая – отделена от первой эластичной оболочкой и заполнена осмотически активным веществом (натрия хлорид). Возникшее при растворении натрия хлорида осмотическое давление действует на эластичную перегородку и выталкивает с постоянной скоростью лекарственную субстанцию через микроотверстия наружу.
При разработке лекарственных систем для ротовой полости необходимо учитывать два основных различия между буккальным и сублингвальным путями введения ЛВ. Во-первых, эти две слизистые значительно различаются по их способности всасывать ЛВ. Во-вторых, гладкая мускулатура буккальной области относительно малоподвижна, в отличие от сублингвальной области, которая ко всему прочему обильно омывается слюной. Таким образом, буккальная слизистая более подходит для пролонгированного высвобождения
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ЛВ, для транспорта молекул с меньшей проницающей способностью, и, возможно, для ЛВ белковой природы.
Всвязи с низкой проницаемостью буккальной слизистой в состав ТС часто вводят вещества, усиливающие проницаемость ЛВ через слизистую (пенетранты). Для этих целей используют различные эфиры: апротинин, азон, бензалкония хлорид, цетилпиридиновые соли, циклодекстрины, лауриловая кислота и
еесоли, пропиленгликоль, фосфолипиды, ментол, салицилаты, ЭДТА и ее соли, сульфооксиды и алкильные гликозиды.
Большинство буккальных ТС были разработаны для преодоления двух основных ограничивающих факторов для данного пути введения: недостаточно быстрое высвобождение ЛВ из системы и вымывание их из зоны всасывания. Последнее связано с наличием слюны, которая является растворителем для ЛВ, поэтому при создании оральных резервуарных ТС используют гидрофильные материалы. Для буккальных ТС часто используют биоадгезивные полимеры, которые могут присоединяться к биологическому субстрату. Термин «мукоадгезивные» используется, когда субстратом является ткань слизистой оболочки.
Кним относятся синтетические полимеры: полиакриловая кислота, гидроксипропил метилцеллюлоза, производные полиметакрилата, полиуретаны, эпоксидные смолы (резины) и натуральные полимеры, такие как цемент, гилауроновая кислота и хитозан. Хитозан – производное хитина, который представляет собой аминополисахарид, извлекаемый из измельченных оболочек ракообразных, таких как креветки и крабы. Хитозан по своей химической структуре схож с целлюлозой и растительной клетчаткой, имеет с ними много общих свойств, но хитозан имеет положительный заряд и поэтому активно притягивает жиры.
Вобщем, мукоадгезионные ТС могут использоваться как для сублингвального, так и буккального применения. Они обеспечивают наступление фармакологического действия ЛВ в течение 1-3 минут после введения и длительность действия в течение от 30 минут до 5 часов.
ТС для контролируемого высвобождения ЛВ через слизистую оболочку ротовой полости обычно состоит из непроницаемой основы и слоя мукоадгезионного полимера, содержащего ЛВ (рис. 22.4 а). Размер и форма зависит от места аппликации (буккальный, сублингвальный или гингивальный). Длительность адгезии к слизистой зависит от типа и плотности полимера.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Скорость высвобождения ЛВ регулируется кинетикой растворения полимера в большей степени, чем скоростью диффузии ЛВ через полимер.
Рис. 22.4. ТС для : (а) – системного транспорта ЛВ через слизистую ротовой полости и (б) – для местного применения в ротовой полости
ТС для местного применения в ротовой полости также обычно состоит из трех слоев (рис. 22.4 б). Верхний слой состоит из неадгезионного воскообразного вещества, содержащего ЛВ. Средний слой состоит из антиадгезионного материала (магния стеарат) и нижний слой предназначен для крепления к слизистой оболочке и состоит из полимера. Такая трехуровневая система обеспечивает постоянную концентрацию ЛВ в слюне (обычно антисептические препараты) в течение трех часов.
На основе биорастворимых полимеров разработаны лекарственные пленки для профилактики ишемической болезни (Тринитролонг и Динитросорбилонг, содержащие нитроглицерин и нитросорбид).
Буккальные и сублингвальные ТС являются перспективным направлением в современных исследованиях, целью которых является решение вопросов системного транспорта ЛВ, для которых является неприемлемым путь введения через ЖКТ.
Известно, что многие лекарственные вещества (ацетилсалициловая кислота, индометацин, скополамин, нитроглицерин и др.), вводимые через рот
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
оказывают значительное влияние на ЖКТ и часто приводят к его заболеваниям. Ведение же в кровь с помощью инъекций, хотя и предотвращает их вредное влияние на ЖКТ, но не может обеспечить равномерное, дозированное и длительное введение лекарств.
Поэтому во многих странах мира разработаны лекарственные формы дозированного, непрерывного введения ЛВ в кровоток через кожный покров, минуя ЖКТ и избегая недостатков инъекционного введения. Это трансдермальные терапевтические системы (ТТС).
22.4. ТРАНСДЕРМАЛЬНЫЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Трансдермальная доставка лекарств имеет несколько преимуществ.
•В сравнении с пероральным назначением возможность обеспечить более быстрое действие лекарств.
•Возможность избежать проблем, связанных с пероральным приемом: инактивация или снижение активности лекарства в результате метаболизма в ЖКТ и печени, а также связанные с этим неблагоприятные реакции.
•Возможность немедленного прекращения лечения при развитии неблагоприятных реакций.
•Обеспечение постоянной концентрации препарата в крови, без колебаний концентрации и связанных с этим неблагоприятных реакций.
•Снижение частоты назначения за счет доставки необходимой дозы препарата в более продолжительный период времени.
•Удобство применения препарата пациентами.
•Уменьшение необходимой дозы препарата, так как снижаются потери препарата, связанные с метаболизмом.
В тоже время для трансдермальной доставки ЛВ существует несколько ограничений:
•Возможно раздражение или контактная сенсибилизация кожи, причиной которых является неблагоприятное взаимодействие активных или неактивных компонентов системы с кожей.
•Необходимо больше времени для начала действия лекарств по сравнению с инъекционными формами.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
• Трансдермальная система доставки препаратов может быть использована только для веществ, обладающих определенными физико-химическими свойствами, и проникновения в кожу в терапевтически эффективном количестве.
При применении ТТС нужно учитывать не только физико-химические свойства ЛВ, но и физиологическое состояние поверхности кожи (воспаление, степень повреждения рогового слоя, проницаемость, возрастные и этические различия и др.).
Процесс кожной абсорбции ЛВ зависит от интенсивности кровоснабжения и химического состава поверхности кожи. Кровоснабжение кожи идет из глубокой части дермы. В коже кровь на 60% является венозной. Здоровая кожа является хорошим барьером по отношению к разным факторам среды. Образующийся в клетках эпидермиса кератин придает ему устойчивость к различным механическим, физическим и химическим воздействиям. Выбрасываемые сальными железами липиды, смешиваясь с липидами кератиноцитов образуют на поверхности кожи жировую смазку, которая обеспечивает ее проницаемость и бактерицидность. С точки зрения физикохимических законов диффузии, кожа рассматривается как простая мембрана.
Для описания транспорта ЛВ через поверхностный эпителий была предложена рандомизировання модель. Как показано на рисунке 22.5 клетки, богатые белками отделены одна от другой тонким слоем мелкоклеточных липидов, находящихся в поверхностном эпителии. Размер клеток различен, но его общая средняя поверхность, средняя толщина клетки и межклеточного пространства являются постоянными.
Рис. 22.5. Рандомизированная модель поверхностного эпителия.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Стрелками 1, 2, 3 показаны три возможных пути диффузии ЛВ
Согласно этой модели транспорт ЛВ может происходить по трем параллельны маршрутам: 1) через клеточное и межклеточное пространство, 2) через внутриклеточное пространство 3) через липидные слои, заключенные между богатыми белком клеткам и поверхностным эпителием.
К лекарственным веществам, вводимым в организм с помощью ТТС, предъявляются следующие требования:
•они должны обладать достаточной проницаемостью через кожу, чтобы достигать кровотока в необходимых количествах;
•должны быть восокоэффективными, т.е. в малых количествах оказывать терапевтическое действие;
•обладать хорошей толерантностью к коже;
•быть пригодными для профилактического, длительного применения или для заместительной терапии.
Скорость высвобождения ЛВ зависит от площади поверхности участка кожи, на котором находится ЛВ, а также от состава ТТС и способа нанесения.
Среди факторов, влияющих на проницаемость кожи, выделяют:
Гидратацию поверхностного эпителия. Чем выше гидратация, тем выше проницаемость.
Растворимость ЛВ в поверхностном эпителии.
Наличие вспомогательных веществ Растворители и ПАВ могут усиливать проницаемость ЛВ через кожу.
Значение рН. Согласно теории рН-распределения только неионизированные формы ЛВ могут преодолеть липидные мембраны барьер в значительных количествах. Диффузия ионизированных препаратов через кожу будет незначительная, особенно при значениях рН способствующих ионизации молекул.
Связывание ЛВ с кожей. Кожа выступает в качестве резервуара для некоторых молекул ЛВ. При этом связанная фракция ЛВ не способная диффундировать в более глубокие слои, что понижает степень проницаемости
иповышает время адсорбции.
Метаболизм ЛВ в коже. Метаболизм ЛВ в течении транспорта через кожу влияет на биодоступность и является причиной существенного различия
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
между результатами исследований in vivo и in vitro. Окисление, восстановление, гидролиз является кинетическими процессами, и влияют на транспорт ЛВ через кожу.
Наличие пенетрантов. Транспорт ЛВ через кожу может быть более интенсивен при использовании специальных веществ, усиливающих проницаемость кожи – пенетрантов. Ионогенные ПАВ обеспечивают трансдермальное прохождение за счёт разрушения липидных слоёв поверхностного эпителия и путём денатурации кератина.
|
|
Азон |
|
|
Полярные |
|
|
|
|
головы |
|
|
|
|
|
|
|
Азон проникает в |
|
липидов |
|
|
|
|
|
|
|
липидный бислой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Липидный |
|
|
|
слой |
|
Сольватированные |
|
|
|
||
Гидрофильный |
|
||
|
ячейки |
||
слой |
|
||
ДМСО |
Расширенный |
||
|
|||
|
гидрофильный участок с ДМСО
Рис. 22.6. Схематическое изображение взаимодействия пенетрантов азона и диметилсульфоксида (ДМСО) с внутриклеточными липидами поверхностного эпителия:
а – относительно организованная структура липидных бислоев, б – нарушение структуры липидов под воздействием азона и ДМСО.
Азон или лаурокапрам (1-додецил-азациклопентан-2-он) представляет собой маслянистую жидкость, не растворимую в воде и хорошо растворимую в органических растворителях (рис 22.6) и является одним из более эффективных пенетрантов. Азон может быть введён в состав препарата или им можно обрабатывать кожу в присутствии пропиленгликоля. Механизм действии азона заключается в разрушении слоёв внутриклеточных липидов поверхностного эпителия.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Другим примером пенетрантов является диэтилсульфоксид (ДМСО), который проникает в гидрофильные слои и взаимодействует с полярными частями липидов, образуя большие сальватационные ячейки, которые формируют гидрофильную область между полярными слоями липидов.
Воснову существующих классификаций ТТС положены технологический
ифармакокинетический принципы.
Классификация ТТС по технологическому принципу выделяет 4 типа:
1.Системы на базе полупроницаемых мембран (Трансдерм-скоп – со скополамином; Трансдерм-нитро – с нитроглицерином; Катапрес ТТС – с клонидином; Эстрадерм – с эстрадиолом).
2.Полидисперсные системы на базе насыщенных лекарственными веществами адгезивов (Системы с нитроглицерином – Нитродур II, Депонит, Минитран; система с изосорбитдинитратом – Франдоль).
3.Дисперсные системы на базе полимерных некогезионных матриц, обеспечивающих заданную скорость диффузии (Системы с нитроглицерином - Нитродур, НТС).
4.Полидисперсные системы микрорезервуарного типа (с нитроглицерином
–Нитродиск; контрацептивная система с прогестином и эстрогеном).
Классификация ТТС по фармакокинетическому принципу:
1.ТТС с контролируемым проникновением через полимерную мембрану.
2.ТТС с контролируемой диффузией из полимерной матрицы.
3.ТТС с контролируемым градиентом ЛВ в резервуаре.
4.ТТС с контролируемой дробностью микрорезервуаров.
Первая группа представляет собой ТТС резервуарного типа, в которой резервуар с ЛВ расположен между непроницаемыми слоями и полимерной мембраной, регулируюшей высвобождение. Вторая группа объединяет системы дисперсионного типа, в которых ЛВ включено в гидрофильную или липофильную матрицу с определенной площадью поверхности. В ТТС третьей группы полимерная матрица регулирует высвобождение за счет создания градиента концентрации ЛВ в резервуаре, расположенном параллельно поверхности диффузионного пластыря. Четвертую группу рассматривают как сочетание резервуарной и матричной систем, в которых дисперсия микрорезервуаров с суспендированными микрочастицами ЛВ включена в липофильном полимере.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Мембранные трансдермальные системы представляют собой сложную структуру состоящую из 4 слоёв:
а) непроницаемая верхняя мембрана; б) проницаемый слой, в котором содержится лекарственное вещество;
в) микропористая мембрана, заполненная неполярным материалом (напр. парафином);
г) адгезионный слой, обеспечивающий контакт системы с кожей.
В ранних моделях ТТС ка ждая функция обеспечивалась отдельно одним из компонентов (рис. 22.7). Эти системы, известные как "равиолли" (raviolli systems), изготавливаются путем введения раствора или геля с лекарством в пространство между основной мембраной и резервуаром с лекарством, затем термоспособом их сваривают с мембраной, контролирующей уровень высвобождения лекарства, по периметру покрывают клеем, склеивающимся при надавливании, и защитной пленкой. Процесс изготовления неудобен, а сам пластырь довольно громоздкий.
Рис. 22.7. Строение трансдермальных терапевтических систем
В новых ТТС, так называемых матриксных системах (matrix systems), клей, склеивающий при надавливании, выполняет различные функции: прилипание, хранение, высвобождение лекарства и контроль за уровнем высвобождения пре-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
парата (рис. 22.7). Процесс изготовления матриксной системы сравнительно прост, а пластырь очень тонкий. Однако иногда сложно найти клей, который на протяжении времени действия ТТС может растворить лекарство и высвободить его без кристаллизации или фазы сепарации. Более того, растворение и высвобождение препарата может снизить силу склеивания и сцепления с кожей.
Технологии усовершенствования ТТС. Сегодня исследуется много подходов, чтобы преодолеть барьерные свойства кожи и улучшить возможности применения ТТС. Чтобы достичь нового уровня, необходимо разработать технологии, посредством которых проницаемость лекарственного средства могла бы стать обратимой, предсказуемой и контролируемой. Способы усовершенствования технологий делятся на три категории: химические, биохими-
ческие и физические.
Химическое усовершенствование ТТС ведет к использованию внешних химических субстанций, для того чтобы помочь лекарствам проникнуть через кожный барьер, путем разрушения упорядоченной структуры межклеточного жирового слоя stratum corneum. Эта модификация ведет к улучшению текучести этого слоя и растворимости лекарства в роговом слое.
При биохимическом усовершенствовании молекула лекарственного средства подвергается кратковременному физико-химическому изменению, которое облегчает ее движение через роговой слой. Измененная молекула лекарственного средства (пролекарство) терапевтически неактивна. После проникновения в роговой слой она подвергается гидролитической или ферментативной биотрансформации, чтобы восстановить исходное терапевтически активное лекарственное вещество.
Еще один вариант – использование везикул жира, сохраняющих лекарственные средства (подобно липосомам), которые могут проникать сквозь кожу и самостоятельно депонироваться в роговом слое. Там они могут действовать как системы с контролируемым высвобождением.
При физическом усовершенствовании трансдермальных систем доставки ЛВ используются внешние стимулы для проведения лекарственного средства через кожу. Внешние силы производят обратимые физические изменения в пределах рогового слоя. Используются три подхода: ионофорез, сонофорез и электрофорез. Эти подходы могут позволять трансдермальным системам доставлять большие ионные молекулы пептидов или белков, которые не могут быть доста в-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
лены пассивной диффузией сквозь кожу. К тому же уровень доставки хорошо контролируется величиной и продолжительностью внешних стимулов.
Ионофорез (от греч. iontos – имеет заряд, phoresis – переносимый) является электрохимическим методом, который обеспечивает транспорт некоторых пассивных молекул ЛВ путем создания градиента потенциалов через кожные ткани с применением электрического тока или напряжения. Эта техника использовалась для обеспечения трансдермального транспорта ЛВ, прикладывая токи небольшой частоты через резервуар, который содержит ионизированное ЛВ. Электроды помещаются между резервуаром с ЛВ и кожей. Положительно заряженные ионы проникают в кожу через электрод «+», а отрицательно заряденные ионы через «–». Рис 22.8 показывает ионофорез при активном «–» электроде. Другой электрод, в данном случае «+», размещается на небольшом расстоянии от тела и замыкает цепь, электроды подведены к источнику питания.
Рис. 22.8. Схематическое изображение ионофорезной ТС
Проницаемость кожи зависит концентрации ЛВ, ионной силы буферных растворов, приложения магнитного поля и длительности ионофореза.
Основное преимущество ионофореза заключается в: а) контролируемом высвобождении ЛВ путем регулирования силы тока, напряжения, концентрации ЛВ и (или) ионной силы; б) исключение воздействия метаболизма и действия ферментов ЖКТ; в) уменьшения побочных эффектов; г) избежание риска инфицирования, воспаления, фиброзов; е) удобство для пациента благодаря безболезненности введения через кожу, отсутствию
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
необходимости повторных приемов. Основное неудобство ионофореза это риск разрыва кожи при больших плотностях тока.
Фонофорез (от греч. Phono – звук, phoresis – проводить, рассеиваться) это транспорт ЛВ через кожу с использованием ультразвука (синонимы: ультразвуковое воздействие, ультросонофорез, ультрофонофорез). Это комбинация ультразвуковой и лекарственной терапии, направленное на обеспечение достижения терапевтической концентрации ЛВ в выбранном участке кожи.
Ультразвуковой генератор имеет звуковую головку, которая генерирует звук с частотой 1 -МГц и плотностью 0,5-1 Вт/см2 (рис.22.9). По данной технологии ЛВ смешивается с проводящим ультразвук вспомогательным веществом, обычно это гель, но иногда может быть мазь или крем. Точный механизм действия не известен.
Рис. 22.9. Схематическое изображение фонофорезной ТС
Электрофорез использует высоковольтный миллисекундный импульс для создания транзитных путей сквозь роговой слой, чтобы облегчить проникновение больших молекул лекарственного средства. Возможность применения этого подхода была доказана, но методы доставки лекарственного средства, использующие эту технологию, все еще находятся на стадии развития, а огромное количество проблем, связанных с безопасностью еще не разрешены. Электрофорез использует высоковольтный внешний импульс, который может вызывать длительное повреждение кожи.
В настоящее время исследования по разработке ТТС идут в следующих направлениях: поиск новых полимерных материалов; расширение номенклатуры растворителей; расширение ассортимента ЛВ, применяемых в ТТС.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
22.5. ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Известно, что объем слезной жидкости в нормальных условиях составляет 0,0007 см3. В тот момент, когда этот объем превышает 0,03 см3 – из глаза вытекает слеза. При введении в глаз капель объем 1 капли равен 0,05 см3. Это значит, что 80% лекарственных веществ выводится немедленно и теряется, а то, что осталось – удаляется в последующие 7-10 мин. Таким образом, КПД глазных капель крайне низок.
Действие ЛВ при доставке в галз может быть пролонгировано за счет:
–уменьшения вымывания ЛВ путем введения загустителей, суспензий, эмульсий, деградируемых и недеградируемых матриц. Оптимальное значение вязкости, снижающее вымывания препарата, составляет 12-15 спз. В качестве загустителей можно использовать МЦ и ПВС.
–обеспечения проницаемости рогового эпителия за счет использования пролекарств и липосом.
Глазные терапевтические системы (ГТС) – самое современное технологическое достижение в создании лекарств продленного действия, которое нашло применение при лечении различных заболеваний глаз.
Данные литературы показали, что в качестве применения биорастворимых полимеров для изготовления глазных лекарственных вставок (см. главу 21), применяются такие пленкообразующие:
–природные вещества животного и растительного происхождения (желатин, коллаген, хитин, пектин, трагакант, агар, камеди и др.);
–крахмалосодержащие производные (ацетилкрахмал, оксиэтилкрахмал, оскипопилкрахмал);
–производные целлюлозы (МЦ, NaKMЦ, оксиэтил- и оксипропилметилцеллюлоза);
–производные акриловой кислоты, поливиниловые производные, полимеры оксиэтилена и его производные.
Высвобождение ЛВ происходит согласно кинетике уравнения нулевого порядка и действует по принципу диффузии.
При использовании водорастворимых матриц, в которых ЛВ диспергированы или растворены, может быть прологированно время нахождения ЛВ в роговице и длительность его действия. В гидрофильные
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
матрицы легко проникает слезная жидкость и высвобождение веществ из таких матриц происходит быстро. Всасывание воды в матрицу может быть замедленно, если в нее ввести гидрофобные полимеры, например, алкиловый эфир полиметилового эфира малеинового ангидрида (PVM-MA).
Поверхность матрицы становится растворимой при определенном значении рН, которое обеспечивает ионизацию карбоксильных групп. Однако, алкилированные эфирные группы препятствуют проникновению воды в матрицу. Скорость высвобождения ЛВ из матрицы пропорциональна скорости растворения полимера. В некоторых исследованиях БАВ высвобождались из PVM-MA матрицы по уравнению нулевого порядка, а их высвобождение регулировалось деградацией полимерной поверхности (разрывом матрицы).
Большие усилия прилагаются для создания систем с контролируемым высвобождением ЛВ с целью применения в офтальмологии. Примером такой системы является ГТС «Ocusert» фирмы «Alza» (США), содержащая пилокарпин (рис. 22.10.). Она состоит их ядра пилокарпина (ЛВ), заключенного между двумя прозрачными мембранами из сополимера этиленвинилацетата, которые контролируют степень высвобождения ЛВ из системы.
Рис. 22.10. Система «Ocusert»
Система имеет преимущества: точность дозирования; исключение попадания в глаза ВВ, которые обычно входят в состав глазных капель; стабильность рН слезной жидкости; обеспечение длительного действия во времени; снижение числа введений до одного раза в неделю, снижение расхода вещества.
Овальное устройство размером не более чем контактная линза, помещается под нижнее или верхнее веко, где высвобождение пилокарпина идет по уравнению нулевого порядка через мембрану, которая регулирует скорость этого процесса в зависимости от своей поверхности и толщины. Носителем пилокарпина является овальная пластинка из альгиновой кислоты, а мембраной служит сополимер этилена и винилацетата. Энергию для процесса высвобож-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
дения ЛВ дает разница между давлением внутри резервуара и в слезной жидкости. Однако, эта система значительно дороже традиционных лекарств (мазь, капли) и при ее введении наблюдается некоторый дискомфорт.
«Ocusert» изготавливают в 2-х исполнениях: «Ocusert» Р-20 со скоростью высвобождения пилокарпина 20 мкг/ч и «Ocusert»Р-40 – скорость высвобождения 40 мкг/ч. Постоянный уровень высвобождения наблюдается в течение 7 дней. Действие ГТС можно сравнить с введением 2% раствора пилокарпина в глаз, применяемого 4-6 раз в день, что составляет примерно 28 мг, а при лечении ГТС-3 – 66 мг.
Наиболее интересными ГТС являются глазные вставки, представляющие собой гидрогелевые контактные линзы, содержащие различные ЛВ (антибиотики, витамины, противоглаукомные средства и т.д.).
Биодеградируемые ГТС (БГТС) были созданы компанией Oculex Pharmaceuticals. Эти системы разработаны на основе микрополимерных частиц, в которые инкорпорировано ЛВ, а вся система может быть имплантирована в глаз. Основные преимущество таких систем: ЛВ поставляется в определенный участок глаза, терапевтическая система биодеградирует и не требует извлечения, практически полная биодоступность препарата, контролируемое высвобождение в течение заданного промежутка времени (от нескольких дней до нескольких лет), минимальные неудобства при введении и использовании пациентом. Разработано 2 типа БГТС: 1-й тип система Surodex БГТС вводится в
переднюю часть глаза, в то время как 2-й тип Posurdex БГТС вводится в
заднюю часть хирургическим методом.
На основе биорастворимых полимеров (производные акриламида, винилпирролидона и этилакрилата) разработаны ГТС с анестетиками, антибиотиками, противовирусными средствами, сульфаниламидами и гипотензивными веществами.
22.6. ВНУТРИПОЛОСТНЫЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (ВТС)
В эту группу входят внутривлагалищные, внутриматочные, ректальные и другие виды ТС, вводимые в естественные полости организма.
Влагалищные кольца ─ это мягкая ТС, которая вводится во влагалище, и из нее происходит медленное высвобождение и всасывание в кровоток
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
гормонов или ЛВ. Кольцо предназначено для контрацепции, может легко вводиться и извлекаться самостоятельно пациентом не вызывая ощущения дискомфорта. В отличие от оральных контрацептивов влагалищное кольцо не требует соблюдения режима приема препарата.
Влагалищное кольцо состоит из резервуара с препаратом, окруженного полимерной мембраной (рис 22.11 а). Мембрана контролирует высвобождение ЛВ, поддерживая постоянную его концентрацию. Благодаря этому суточная доза препарата в такой ЛФ будет меньше, чем в оральных контрацептивах, что приводит к уменьшению кратковременных и длительных побочных эффектов. Разработаны кольца с различными комбинациями гормонов, работы в данном направлении продолжаются.
Примером внутриматочной ТС является система «Прогестосерт», содержащая 38 мг прогестерона в виде суспензии на силиконовом масле с добавлением бария сульфата, который улучшает его радиолокализацию.
Данная ТС – усовершенствованное противозачаточное средство, имеет Т- образную форму и специальную мономолекулярную нить, способствующую удержанию ее в матке (рис. 22.11 б). Резервуар с ЛВ помещается в вертикальном плече. Высвобождающийся прогестерон в результате диффузии проходит через оболочку сополимера (которая и контролирует скорость его высвобождения), а затем попадает в полость организма. В данном случае ТС дозирует прогестерон в количестве 65 мкг за 24 часа. Эффективность системы 98 %. Это значит, что только 2 женщины из 100 на протяжении года могут забеременеть.
Рис. 22.11. Схематическое изображение: (а) – вагинального кольца и (б) – внутриматочной ТС
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Одним из широко используемых в медицине щадящих способов введения лекарственных средств является ректальный. За рубежом среди детских лекарственных форм суппозитории занимают второе место и составляют 16,6 % применяемых в педиатрии. Широко этот путь введения используется и в гериатрии. Это связано с возрастными нарушениями желудочно-кишечного тракта, ухудшением процесса всасывания, сужением просветов кровеносных сосудов и т.д.
Применение новых полимерных гидрогелей обеспечивает контролируемое высвобождение ЛВ из суппозиториев. Гидрогели имеют способность поглощать жидкость и набухать без изменения своей физической формы, при этом происходит контролируемое высвобождение введенного в
гидрогель ЛВ. Регулируя физические и химические свойства полимера, можно задать определенный период высвобождения: от нескольких часов до нескольких дней. Примером гидрогелевой системы контролируемого высвобождения ЛВ является система Hycore, который существует в 2-х основных формах: Hycore-V гидрогелевые пессарии для вагинального применения и Hycore-R – ректальная система для системного высвобождения ЛВ в прямой кишке.
Специфика лекарственной терапии проктологических заболеваний заключается в том, что из-за анатомических особенностей затруднен доступ лекарственных средств к очагу поражения. Этого можно избежать, если применять стабильные пенные аэрозоли, которые являются перспективными для применения в проктологии. Учеными Национального фармацевтического университета (НФаУ, г. Харьков) и Государственного научного центра лекарственных средств (ГНЦЛС, г. Харьков) разработаны составы и технологии многих комбинированных пенных препаратов с ацемином, эктерицидом, «Цимизоль», «Олазоль» и др.
22.7. ИМПЛАНТАЦИОННЫЕ И ИНФУЗИОННЫЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ТС можно имплантировать непосредственно в целевой орган или ткань, что позволит уменьшить токсические и побочные эффекты препарата на другие органы, локально поддерживать требуемую концентрацию ЛВ и уменьшить его
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
дозировку. Для системного и местного высвобождения ЛВ может использоваться костная ткань. Существует два типа костных имплантационных ТС:
1.Остеотропные ТС, в которых ЛВ или пролекарство соединено с лигандом, который обеспечивает плотный контакт с костью (напр. бисфосфонаты). Примером такой системы является остеотропный препарат диклофенак с бисфосфатом (DIC-BP). Если систему DIC-BP единоразово инсталлировать в костную ткань, высвобождение диклофенака будет происходить постепенно и поддерживать постоянную дозу в костной ткани на протяжении более 20 дней. Кроме того, DIC-BP не оказывает раздражающего действия на ЖКТ, характерного для НПВС.
2.Костные ТС для местного применения. В большинстве случаев, местное применение костных ТС заключается в замещении удаленного участка костной ткани наполнителем, содержащим ЛВ (рис 22.12). Если наполнитель биодеградируемый, то со временем произойдет его замещение костной тканью. Примером такой системы является керамический имплантат на основе цинка сульфата и кальция фосфата с введенным в него тестостероном.
Рис. 22.12. Пример местной скелетарной системы доставки ЛВ
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Между зубной и костной тканями существует определенная схожесть и, следовательно, для стоматологических ТС используются те же методы, как и для костных систем. В большинстве случаев местная доставка препарата не требует хирургического вмешательства.
В стоматологической практике нашли применение мембранные ТС в виде, так называемых, стоматологических дисков. В таких системах оболочкой служит сополимер оксиэтилметакрилата и метилметакрилата в соотношении 30:70 или 50:50. Система высвобождает фторид натрия по 0,021 мг в день в т е- чение 30-180 дней.
Для лечения и профилактики парадонтоза используются системы ARTIDOX (10% доксициклина хилат) в системах Атригель, который наносится в виде геля на пораженные участки, где он заполняет перидонтальные карманы и затвердевает, при этом высвобождение доксициклина продолжается на протяжении 7 дней. Система состоит из биодеградируемого полимера и не требует анестезии и извлечения после использования.
Система PerioChip представляет собой маленький оранжево-коричневый чип, который вводится непосредственно в перидонтальный карман. Каждый чип содержит 2,5 мг хлоргексидина глюконата, заключенного в биодеградиремую матрицу. За один визит к стоматологу могут быть инсталлированы до 8 систем.
Рис. 22.13. Пример перидонтальной ТС: (а) – ARTI-DOX (доксициклина хилат 10%) заключенный в систему ARTIGEL и (б) – PerioChip
Для местной доставки ЛВ в мозг была разработана имплантационная полимерная ТС с пролонгированным высвобождением Hiadel, представляющая
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
собой маленькую пластинку из биодеградируемого полимера, которая содержит противораковое химиотерапевтическое вещество (кармустин или BCNU). В полость мозга сделаную хирургическим путем можно интегрировать до 8 таких пластинок, после того как опухоль мозга будет удалена. Высвобождение BCNU длится от 2 до 3 недель, создавая в области опухоли высокие концентрации химиотерапевтического агента. В клинических исследованиях Hiadeg-пластины – показали значительное улучшение продолжительности жизни у пациентов.
Парентеральные имплантанты с регулируемым высвобождением ЛВ считаются одной из перспективных ТС. В таких системах используют полимерные матрицы (полициметилсилоксин, силиконы, полиэфирные носители, этиленвинилацетатный сополимер и др.) или насосы в качестве приспособлений, обеспечивающих заданную скорость высвобождения ЛВ в течение заданного времени. Созданы также биодеградируемые полимеры, которые могут использоваться в имплантируемых препаратах: полимеры на основе молочной и гликолевой кислот, коллагена, полиаспартамида, полимеров аминокислот. Такие системы обеспечивают равномерную концентрацию ЛВ независимо от времени и используют более низкие дозировки, а биоразрушаемые носители не требуют извлечения хирургическим путем.
Инфузионные терапевтические системы с точки зрения строения и места применения очень разнообразны. В качестве источника энергии в них используется явление диффузии, энергия механическая или электрическая. Они могут находиться в организме (вживляться под кожу) и помещаться наружно (в области предплечья или в окружности грудной клетки). Примером является инфузионный осмотический насос. Его масса 0,65 г, объем 0,6 мм3 (рис. 22.14.).
1
2
3
4
5
Рис. 22.14. Инфузионный осмотический насос:
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
1 – дозирующее отверстие; 2 – оболочка, проницаемая для воды; 3 – осмотически активная субстанция; 4 – непроницаемая эластичная оболочка; 5 – резервуар с ЛВ
Он имеет следующее строение: резервуар, который содержит раствор ос- мотически-активной субстанции, изготовлен из углеводного эластомера и покрыт снаружи осмотической субстанцией (натрия или калия хлорид). Поверхностная оболочка способствует проникновению воды. Проникая внутрь, вода растворяет осмотически-активную субстанцию, при этом повышается давление эластомера, он деформируется и раствор лекарственного вещества через капилляр выталкивается наружу. Длина капилляра 2 см, внутренний диаметр его 0,03 см, последний является регулятором дозирования. Скорость дозирования является постоянной (0,17 мкг/час) и зависит от растворимости веществ в жидкости. Осмотические мини-насосы предназначены для имплантации, что очень важно при определении эффективности и токсичности лекарств.
Точно также, для имплантации можно использовать системы в виде круга диаметром 8,6 мм и высотой 2,4 см. Эти системы объемнее и работают с помощью механической энергии (рис. 22.15).
1 |
3 |
|
|
2 |
4 |
5 |
|
6
7
Рис. 26.15. Инфузионная имплантационная терапевтическая система с механическим источником энергии:
1 – высвобождающее отверстие; 2 – опорный элемент; 3 – место внедрения лекарственного вещества; 4 – силиконовая оболочка; 5 – корпус системы; 6 – резервуар лекарственного вещества; 7 – резервуар фторпентана
В корпусе системы, изготовленной из титана, находится эластичный резервуар с лекарственным веществом и газом (например, фторпентан). Газ обеспечивает постоянное давление на резервуар, постепенно выдавливая раствор лекарственного вещества через фильтр-капилляр. Скорость инфузии можно регулировать с помощью изменения: длины капилляра, вязкости раствора (добавлением декстрина) и применением пропеллента, который обеспечивает опреде-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ленное давление. Это система многоразового использования, которую применяют, в основном, для введения инсулина и гепарина.
За рубежом развивается производство комплексов энзимов с полимерами для создания препаратов пролонгированного действия, в том числе парентеральных имплантантов. Для лечения фенилкетонурии налажено производство фенилаланиновой гидралазы в полимерных капсулах для парентерального введения. Развито производство пролонгированных препаратов антибиотиков для парентерального введения путем образования комплексов полимеров с антибиотиками. Подобные препараты созданы для пенициллина в комплексе с анионообменными смолами и для антибиотиков типа стрептомицина с разными протеинами.
В последние годы получили распространение системы, содержащие стероидные гормоны. Они вводятся в организм путем имплантации (Оретон, Перкортен, Прогинон) с продолжительностью высвобождения гормонов от 3 до 12 месяцев.
Специалисты Израиля разработали подкожную систему доставки инсулина, скорость высвобождения из которой регулируется ультразвуковым датчиком, реагирующим на уровень инсулина в крови. Система состоит из полимерной матрицы, инсулина и фермента, способствующего превращению глюкозы в глюкуроновую кислоту. Высвобождение инсулина из системы начинается одвременно с ростом содержание сахара в крови, при этом образуется значительное количество глюкуроновой кислоты, а полимерная матрица набухает и становится способной к «выбросу» инсулина. Если требуется повышенное количество инсулина, то система может быть стимулирована с помощью внешнего ультразвукового источника.
Наиболее интересными активными макромолекулярными ТС являются системы, содержащие биологически активную ткань. Такие системы можно отнести к искусственным органам, способным синтезировать, видоизменять или выделять гормоны.
Актуальным направлением лечения заболеваний поджелудочной железы является трансплантация клеток изолированных панкреатических островков. Система представляет собой гидрофильную камеру в форме заваренного с трех сторон и предварительно радиационно простерилизованного мещочка. Непосредственно перед имплантацией камера наполняется свежесобранными
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
панкреатическими клетками, заваривается и имплантируется. Система имеет перезаряжающие устройства в виде шприца или катетера, через которые вводятся панкреатические клетки, перезаряжая имплатируемую камеру по мере необходимости. Движущей силой или источником энергии в этих системах является сама биологически активная ткань.
Приведенные данные характеризуют современное состояние и перспективы в области создания имплантируемых лекарственных систем. Это направление фармацевтической технологии переживает бурное развитие и в недалеком будущем исследования должны привести к созданию и промышленному выпуску препаратов нового поколения.
22.8. СИСТЕМЫ С НАПРАВЛЕННОЙ ДОСТАВКОЙ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Большие перспективы в области лекарственной терапии в настоящее время связывают с направленной доставкой лекарственных веществ к органу, ткани или клеткам. Направленный транспорт ЛВ в пораженные органы и ткани имеет несколько преимуществ по сравнению с ненаправленным системным действием:
–избежание побочного действия препарата на здоровые органы и ткани;
–обеспечение восприятия ЛВ целевыми клетками.
Системы, обеспечивающие направленную доставку ЛВ должны отвечать следующим требованиям:
–иметь субмикроскопические размеры;
–обладать хорошей проникающей способностью и органоспецифичностью;
–доставка ЛВ в мишень должна осуществляться посредством пассивного или активного способа;
–носитель системы должен изготавливаться из биологически инертного или биоразрушаемого полимерного материала;
–аккумулировать ЛВ в месте действия и высвобождать их в терапевтической дозе в течение заданного времени;
–иметь высокую емкость по отношению к различным действующим веществам, обеспечивая их защиту от разрушения;
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
–иметь технологически простой способ изготовления;
–длительно храниться и вводиться в организм без нарушения стерильности при полном отсутствии токсичности и аллергенности.
При использовании систем направленной доставки избирательное накопление ЛВ в очаге поражения позволяет повысить эффективность, снизить их расход, устранить нежелательное воздействие на здоровые органы и ткани.
Некоторые разработчики систем направленного транспорта ЛВ классифицируют их на 4 поколения:
•системы первого поколения обеспечивают проникновение ЛВ через эндотелиальные ткани;
•системы второго поколения предназначены для целевого транспорта и обеспечения транспаренхимальной миграции ЛВ;
•а терапевтическая эффективность систем 3-го и 4-го поколений обеспечивается на уровне лизосомального транспорта.
Следует отметить, что при создании систем доставки ЛВ новых поколений необходимо учитывать основные механизмы проникновения веществ во внутриклеточное пространство – фагоцитоз, пиноцитоз и опосредованный рецепторами эндоцитоз. Перспективными с этих позиций являются системы доставки, которые имитируют биомолекулы, способные использовать естественные пути попадания в клетки-мишени. В настоящее время считают, что направленная доставка ЛВ внутрь клеток складывается из нескольких стадий, включающих:
–локализацию ЛВ и его носителя в мишени;
–«узнавание» и взаимодействие носителя со специфическими клеткамимишенями;
–доставку ЛВ в терапевтической концентрации в клетку-мишень с минимальным захватом клетками, не являющимися мишенями.
2.9. НОСИТЕЛИ ДЛЯ СИСТЕМ НАПРАВЛЕННОГО ТРАНСПОРТА ЛЕКАРСТВ
При разработке систем направленного транспорта лекарств, обеспечивающих их доставку непосредственно к местам их действия, на
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
первый план выступает проблема поиска носителя. Носители делят на три группы:
–первого поколения – микрокапсулы и микросферы;
–второго поколения – пассивные коллоидные носители (липосомы, наносферы, нанокапсулы);
–третьего поколения – коллоидные носители с моноклональными антителами в качестве вектора, с молекулярной подложкой и др.
Лекарственные формы с носителями лекарственных веществ, которые относятся к системам доставки первого поколения, обычно вводятся в
сосудистое русло вблизи мишени – определенного органа или ткани, куда, высвобождаясь, диффундируют молекулы ЛВ. Биодеградируемые микрокапсулы или микросферы могут быть использованы для пролонгированного высвобождения белков и ферментов при инъекционном введении лекарственного препарата, пептидных гормонов, малых доз стероидов, применяемых в качестве противозачаточных средств, для пролонгирования высвобождения антагонистов наркотиков и антибиотиков. Они перспективны для применения в онкологии при химиоэмболизации, которая позволяет не только перекрыть артерию, питающую опухоль, но и проводить локальную терапию цитостатиками в течение нескольких дней или недель.
Методы получения и более полная характеристика микрокапсул приведена в главе 5 «Микрокапсулы».
Носители второго поколения, имеющие размеры меньше 1 мкм,
объединяют в группу коллоидных носителей, типичным представителем которых являются липосомы – мелкие фосфолипидные везикулы, содержащие водную фазу. Сухие фосфолипиды при контакте с водой претерпевают ряд молекулярных перегруппировок, в результате чего образуются смектические мезофазы – последовательности концентрически замкнутых мембран, каждая из которых представляет непрерывный биомолекулярный липидный слой и отделена от другого слоя водной фазой (рис. 22.16).
Они легко проникают через клеточные мембраны и тем самым обеспечивают более эффективный транспорт содержащихся в них лекарственных веществ внутрь клеток.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
В
АБ
Рис. 22.16. Схема строения липосом:
А – многослойная мембрана; Б – бимолекулярная липидная мембрана; В – бислойная мембрана
Внастоящее время липосомы превратились из предмета лабораторных исследований в перспективный объект практического использования. Сейчас получают стабильные, стандартные по размеру и стерильные липосомы, которые превращаются в порошок (путем лиофилизации) и при необходимости возвращаются в исходное состояние.
Вкачестве носителей ЛВ используют 3 вида липосом:
•многослойные везикулы с диаметром 0,2-10 мкм;
•большие однослойные везикулы с диаметром 0,05-0,2 мкм;
•и малые везикулы с диаметром 0,02-0,05 мкм.
Для их получения в основном применяется 3 технологии получения: две из них предусматривают солюбилизацию липидов в органических растворителях или ПАВ, которые затем удаляются. Третья технология получения больших однослойных везикул представляет собой прямую экструзию под давлением до 5,5 МПа через фильтры с размером пор около 0,03 мкм. Малые однослойные везикулы чаще получают методом ультразвуковой обработки, но такие липосомы не стабильны, поэтому предпочтительнее использовать другие виды липосом.
Существенным достоинством липосом, определяющим перспективность их использования в медицинской практике, является относительная легкость, с которой можно изменять свойства фосфолипидной мембраны, встраивая или ковалентно присоединяя к ним те или иные биологические полимеры или химические соединения. С целью направленной доставки к тканям-мишеням к липосомам могут «пришивать» антитела.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Возможна также доставка ЛВ, включенных в липосомы, к определенным органеллам клетки, что позволяет использовать их для транспортировки лизосомальных ЛВ, а также при лечении заболеваний, вызванных генетическим недостатком ферментов в лизосомах.
Вторым преимуществом липосом является возможность включения в них многих лекарственных средств с варьированием степени их включения, низкие иммуногенность и токсичность. Степень включения ЛВ в липосомы зависит от строения, размеров, заряда, липидного состава липосом, а также от физикохимических свойств самих ЛВ.
Липосомальными лекарственными формами можно управлять, действуя извне локально в области участка патологического процесса физическими факторами (нагревание, статические электромагнитные и магнитные поля, ультразвук), и тем самым обеспечивать направленную доставку лекарственного вещества в орган-мишень. При обработке ультразвуком крупные частицы распадаются на маленькие, преимущественно двухслойные. В процессе набухания водорастворимые действующие вещества накапливаются между двумя слоями, в то время как жирорастворимые вещества локализуются в липидном слое липосом.
Помимо направленной доставки фармакологических агентов, липосомальная лекарственная форма позволяет защитить биологически активные соединения полипептидной природы (гормоны, ферменты) от разрушительного действия протеолитических ферментов пищеварительного тракта.
Липосомы могут быть введены в организм различными путями (внутривенный, внутрибрюшинный, подкожный, внутрисуставный, пероральный, внутритрахеальный и накожный). Их используют для лечения внутриклеточных инфекций, заболеваний печени, в офтальмологии. Липосомы оказывают буферное действие, снижают токсичность лекарственного вещества. Это позволяет увеличить его дозу, что очень важно для многих лекарств, особенно противоопухолевых.
Механизм доставки лекарственных веществ в организм неодинаков. Многослойные липосомы проникают внутрь клетки в неизменном виде и поглощаются лизосомами, в которых под влиянием липаз происходит разрушение липосом и высвобождение инкапсулированных в них лекарственных веществ. Однослойные липосомы сливаются с плазматическими мембранами клетки и высвобождают лекарственные вещества в цитоплазму.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Липосомы сохраняют интактность инкапсулированных в них лекарственных веществ, предохраняя их от связывания белками плазмы, разрушения ферментами, а также снижают возможность возникновения иммунных и других системных реакций организма на вводимые с липосомами вещества, так как последние не проникают через наружный липидный слой липосом в кровь. При этом действие лекарственных веществ, заключенных в липосомы, значительно пролонгируется вследствие медленного их высвобождения.
При парентеральном введении распределение липосом в организме зависит от состава липосомальной мембраны, их размера, заряда, других химических и физических параметров везикул и иммобилизованных в них веществ, а также от способа введения. Так, например, после подкожного введения основное количество липосом депонируется в месте введения и элиминируется оттуда преимущественно лимфогенным путем. Поэтому местное введение липосомальных препаратов является оптимальным способом их доставки в регионарные лимфоузлы. При внутримышечном введении липосомы способны создавать депо препарата в месте введения, скорость элиминации из депо зависит от размера и свойств липосом и составляет от нескольких часов (если липосомы мелкие) до нескольких дней (если крупные). Мелкие бислойные липосомы, в отли-
чие от крупных, при внутрибрюшинном или внутримышечном введении гораздо быстрее проникают в кровеносное русло. Липосомы, введенные внутривенно, как правило, связываются с органами ретикулоэндотелиальной системы, главным образом, с печенью и селезенкой.
Несмотря на то что липосомы широко используются при доставке ЛВ и для уменьшении общей токсичности препарата, они распознаются иммунной системой как чужеродные тела и часто разрушаются прежде, чем необходимое количество препарата достигнет требуемого органа. Специально разработанные стерильные стабилизированные (STEALTH) липосомы (Alza) не распознаются иммунной системой, так как покрыты полиэтиленгликолем. Преимуществами такой технологии являются: увеличение стабильности введенных в них ЛВ в кровеносной системе; пролонгирование действия ЛВ; уменьшение действия иммунной системы; направленная доставка препарата к целевому органу.
В липосомальной форме разрабатываются препараты разных фармакотерапевтических групп: сердечно-сосудистые, противоопухолевые, противоин-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
фекционные, бронхолитики, противовоспалительные, офтальмологические, пептиды. Ведущее положение в исследованиях и разработках липосомальных форм введения лекарственных средств занимают три американские компании –
«The Liposome Company» (TLC), «Liposome Technology Inc.» (LTI), «Vestar».
Благодаря их исследованиям на рынок уже введены липосомальный амфотерицин В (TLC) для лечения системных микозов, противоопухолевые липосомальные препараты – даунорубицин («Vestar»), доксорубицин (TLC – Dox 99), цисплатин (TLC). Многие препараты проходят завершающие стадии клинических испытаний – это и липосомальные вакцины против гриппа и меланомы, и противодиабетический комплекс инсулин-липосомы, и противовирусные нуклеозиды для лечения СПИДа, и серия липосомальных бронхорасширяющих препаратов и т.д.
Важной областью применения липосом становится генная терапия. Липосомы как средство доставки генетического материала выступают и как защита от нуклеаз, и в качестве компактизирующего средства (положительно заряженные липосомы), и как инициатор эндоцитоза. Во многих случаях для генной терапии важна адресная доставка в нужный тип клеток. В качестве "молекулярного адреса" наиболее часто выбирают иммуноглобулины, имеющие соответствующие мишени на целевых клетках.
Использование липосомальных лекарственных препаратов позволяет снизить вероятность побочных реакций организма вследствие биологической инертности применяемых вспомогательных веществ, их биоразрушаемости, хорошей проникающей способности и органоспецифичности.
К группе носителей второго поколения относят также наночастицы на основе как природных, так и синтетических полимеров. ЛВ включаются в наночастицы в процессе полимеризации, наиболее часто путем адсорбции. Наночастицы размером от 10 до 1000 нм с удельной поверхностью 10 м2/г, диспергированные в воде, образуют опалесцирующие растворы, которые могут быть использованы для парентерального введения.
Основной недостаток липосом как лекарственной формы – относительная небольшая стабильность при хранении. Этого недостатка лишены полимерные наночастицы, имеющие практически те же области возможного применения. Но в отличие от липосом полимерные наночастицы состоят из менее безопас-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ного материала, чем фосфолипиды. Этим в основном сдерживается их продвижение в качестве лекарственной формы.
Кнастоящему времени созданы препараты на основе наночастиц с нейротропными (фенобарбитал, диазепам), противовоспалительными (кортикостероиды) и противовирусными средствами, инсулином, простогландинами, наносферы с цитостатиками, изучаются нанокапсулы для доставки ферментов и др.
Кэтой же группе относятся липидные микросферы с размером не более 0,2 мкм, которые оказались чрезвычайно полезными для растворимых в липидах лекарств. На их основе разработаны липидные эмульсии, которые могут быть использованы для внутривенного введения и парентерального питания.
Кновым перспективным носителям этой группы относятся ниосомы – пузырьки, получаемые гидратированием неионных ПАВ и холестерина. Ниосомы являются осмотически активными системами, размеры их варьируют от 300 до 900 мкм, они обладают способностью включать и удерживать водорастворимые вещества.
Для создания лекарственных форм нового поколения необходимы и новые вспомогательные вещества, которые обеспечивали бы те все эффекты,
окоторых шла речь выше. Для этого используют:
•различные эфиры целлюлозы, позволяющие создавать многослойные композиции с различной способностью полимерных слоев к деградации;
•смеси пропилцеллюлозы и этилцеллюлозы в разных соотношениях при создании микрокапсул;
•поли-L-лактиды с различной молекулярной массой для получения оральных микропеллет;
•сополимеры молочной и гликолевой и полиглутаминовой кислот для получения биодеградируемых пористых микросфер для парентерального введения;
•водорастворимые полимерные носители на основе N-(2- гидроксипропил)-метакриламида для избирательной доставки лекарственных средств и многие другие.
Доставка лекарственных веществ с помощью коллоидных носителей может осуществляться путем пассивной доставки, когда распределение действующего вещества определяется, в основном, размером частиц и физико-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
химическими свойствами носителя; при активной доставке необходимо внешнее воздействие – магнитное поле, локальная гипертермия и др. Регулированием размера коллоидных частиц можно достичь избирательного действия лекарственных средств.
С целью повышения избирательности действия ЛВ на организм и его целенаправленной доставки в органы-мишени используют мелкодисперсные магнитные материалы. Метод магнитоуправляемого транспорта ЛВ основан на способности коллоидных частиц магнитного материала перемещаться и концентрироваться в необходимом участке организма под воздействием магнитного поля.
Необходимым этапом при разработке магнитоуправляемых систем является включение в полимерную матрицу магнитных частиц железа, хрома, углерода, марганца и кремния. Помещение подобных систем в магнитное поле приводит к попеременному расширению и сжатию пор матрицы, сопровождающемуся ускорением высвобождения ЛВ в десятки раз. На скорость высвобождения ЛВ существенное влияние оказывает расстояние между внешним магнитом и магнитным материалом, мощность используемых магнитов, ориентация магнитных частиц (перпендикулярная более эффективна), а также механические свойства полимера матрицы.
Картина распределения магнитных микрочастиц после внутривенного введения и динамика их элиминирования подчиняется общим закономерностям, характерным для дисперсных и коллоидных веществ различной природы. Выведение магнитных микрочастиц осуществляется главным образом почками.
Работы по созданию магнитных носителей лекарственных препаратов проводятся в настоящее время в трех направлениях:
1)получение магнитного носителя и лекарственного вещества инкапсулированного в различные «оболочки», а также липосомы,
2)полимерная оболочка (декстран, декстрин и др.) формируется на поверхности магнетита, на которой далее фиксируется лекарственное вещество,
3)«прямая посадка» (адсорбция, капиллярная конденсация и т.д.) лекарственного вещества на поверхность магнитного носителя. Это направление обладает рядом преимуществ, связанных, прежде всего, с простотой и высокой скоростью получения.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Вопросы, связанные с изучением токсичности магнитных микрочастиц, нуждаются в дальнейшей разработке. В настоящее время магнитноуправляемые лекарственные формы проходят окончательные испытания.
Разрабатываемые магнитные и ультразвуковые системы доставки ЛВ, в скором времени потребуют создания портативных, быстрореагирующих устройств с программируемым действием. Начато изучение электротранспортных систем направленной доставки ЛВ.
Носители лекарственных веществ третьего поколения (антитела, гликопротеиды) открывают большие перспективы для обеспечения высокого уровня избирательности и направленности их действия. Они удерживают гораздо большие количества лекарственного вещества по сравнению с липосомальными формами. Гидрофобные свойства поверхности коллоидных частиц являются определяющим фактором в преодолении ретикулоэндотелиального барьера. Заряд коллоидных частиц также имеет значение для распределения лекарственных веществ в организме и избирательности его действия. Как правило, коллоидные частицы размером 1-2 мкм локализуются в печени. Основным местом накопления лекарственных веществ после внутривенного введения коллоидных частиц являются легкие, в которых происходит задерживание частиц размером 7 мкм и более. Следовательно, регулируя размер коллоидных частиц, можно достичь избирательного действия лекарственных веществ.
Сохранение нативных свойств, защита от неблагоприятного воздействия окружающей среды, избирательность и пролонгирование действия ЛВ часто достигаются с помощью иммобилизации. Иммобилизация – фиксация низкомолекулярных лигандов, макромолекул, клеточных органелл или клеток на определенном носителе. Среди методов иммобилизации – метод поперечных сшивок (cross-linking) с образованием ковалентных связей; заключение в полимерный материал (например, в гель); адсорбция на пористый носитель и т.п. В иммобилизованных препаратах ЛВ физически или химически связано с матрицей. Из синтетических полимеров, используемых в качестве матриц, наиболее широкое применение нашли полимеры винилового спирта, акриловых кислот, винилпирролидона. На основе этих полимеров синтезированы сополимеры, в которых в качестве мономеров использованы виниламин, виниламидоянтарная кислота, малеиновый ангидрид, кротоновый ангидрид, кротоновая кислота и т.п. При этом сополимеры должны иметь строго определенную молеку-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
лярную массу и не содержать остаточных мономеров, характеризующихся высокой токсичностью. Они также должны иметь узкое молекулярно-массовое распределение и высокую степень композиционной однородности, так как распределение функциональных групп, участвующих в образовании связей при иммобилизации, должно быть равномерным. Технологические аспекты данной проблемы более подробно освещены в главе 13 «Препараты ферментов», раздел «Иммобилизованные ферменты».
В Украине и за рубежом проводятся интенсивные исследования, направленные на создание иммобилизованных ферментных препаратов. Для лечения гипертонической болезни, инфаркта миокарда и заболеваний периферических сосудов предлагается использовать иммобилизованные калликреины, а в терапии тромбозов с успехом применяются иммобилизованные трипсин, химотрипсин, плазмин, фибринолизин, урокиназа, стрептокиназа. Иммобилизованные ферменты сохраняют свою активность в десятки и сотни раз дольше, при этом их терапевтическая доза снижается в сотни раз. Иммобилизация позволяет уменьшить дозы и частоту введения ЛВ, защищает ткани от их раздражающего действия. В настоящее время в лечебной практике используют иммобилизованные препараты ферментов, гормонов, аминокислот, поли- и моносахаридов, нуклеиновых кислот и оснований, нуклеозидов, антибиотиков, стероидов.
ТС для доставки нуклеиновых кислот. Генная терапия предполагает несколько различных подходов. Направленная доставка в клетки ДНК или РНК может усиливать синтез белков или привести к синтизу белков, которые ранее не вырабатывались в данных клетках. Такой тип используется при лечении различных иммунодеффицитных состояний, хронических заболеваниях, при трансплантации органов и тканей. И наоборот, ингибироание или полная блокировка передачи генной информации может привести к уменьшению или полному прекращению синтеза определенного белка.
Наиболее интересным примером второго типа генной терапии является использование «олигонуклеотидов-антикодеров» (ОНА) для блокировки или ограничения трансляции мРНК в специфические белки.
Преимущество ОНА-терапии заключается в чрезвычайно высокой селективности блокировки определенных участков, высокая эффективности и практически полное отсутствие побочных эффектов.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Однако при использовании систем ОНА in vivo возникают определенные проблемы: быстрое разрушение системы в биологических жидкостях и клетках эндо- и экзонуклеотидами; слабая проницаемость при диффузии через клеточные мембраны. Эти проблемы могут быть решены с помощью систем направленного транспорта и химической модификацией олигонуклеотидов.
Так, для увеличения клеточной проницаемости и сопротивляемости нуклеотидам используют химически модифициорванные олигонуклеотиды, нуклеотиды связанные с вирусами, синтетические курьеры, липосомы или наночастицы. Такие методы могут быть использованы как самостоятельно, так
ив комбинации. Наибольшую транспортную способность имеют системы доставки ЛВ, которые могут обеспечить доставку ДНК во внутриклеточные органеллы: ядро и митохондрии.
Вирусные генетические системы доставки. Вирусы способны внедряться
ивысвобождать свои гены в клетки-хозяева. Это свойство может быть использовано при доставке терапевтических генов. Такая система доставки генов называется «вектор». Обычно из генома вируса удаляются гены, отвечающие за заболевание и заменяются терапевтическими генами. Когда вектор проникает в целевую клетку, генетический материал высвобождатся в клетку.
Для векторной терапии используют различные вирусы. Ретровирусы способны создавать копии ДНК или РНК генома. Эти копии могут интегрироваться в хромосомы клеток-хозяев и вызывать заболевание. Вирус человеческого иммунодеффицита (ВИЧ) относится к ретровирусам. Аденовирусы создают двойную спираль ДНК, они могут вызывать респираторные, желудочнокишечные, глазные инфекционные заболевания у человека. ОРВ вызывается аденовирусом.
Первые клинические испытания векторной генной терапии начались в 90- е годы 20 века. Однако, пока еще не зарегистрирован ни один надежный препарат. Поэтому современная генная терапия носит экспериментальный характер. Существует несколько факторов, ограничивающих внедрение генной терапии:
–единоразовое введение «вектора» не обеспечивает сохранение терапевтического эффекта;
–при введении вирусного вектора возникает иммунный ответ;
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
–основным недостатком таких систем является высокая токсичность и возможность возникновения воспалительных процессов;
–возможно возникновение генетических мутаций.
Из приведенных сведений о лекарственных формах нового поколения можно сделать вывод, что в настоящее время, а особенно в будущем, создание лекарственных форм выходит далеко за пределы фармации, так как разработка механических и электронно-механических экстракорпоральных и имплантируемых устройств для регулируемого высвобождения ЛВ требует привлечения специалистов и предприятий электронной промышленности; а исследования по липосомальным и «векторным» формам – участия специалистов в области клеточной биологии, генетики и биофизики.
22.10. ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ
Данному вопросу были посвящены исследования многих зарубежных и отечественных специалистов-технологов. Согласно утверждений американских исследователей, к наиболее перспективным системам для введения ЛВ следует отнести: системы с регулируемым высвобождением ЛВ на основе биоразрушаемых полимеров, лабиринтных устройств, систем введения ЛВ через слизистые мембраны, осмотических устройств, жидких систем с регулируемым высвобождением; магнитные системы (имплантируемые устройства и биосовместимые микросферы); имплантируемые насосы; системы введения ЛВ через дыхательные пути; липосомальные системы. Возможно, в будущем будут разработаны системы, обеспечивающие введение ЛВ с регулируемой переменной скоростью, а также системы, из которых высвобождение ЛВ контролируется ферментами.
Французские специалисты высказывают уверенность в том, что в будущем не потеряют своей актуальности исследования, направленные на поиск новых действующих и вспомогательных веществ. Лекарственные препараты будут содержать не более 2-3 лекарственных компонентов.
Среди лекарственных форм преобладающими будут «плавающие» таблетки или капсулы, позволяющие удлинить время нахождения ЛВ в организме, а также таблетки для жевания, липкие резиноподобные лекарственные препараты, трансдермальные формы.
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Для направленной доставки ЛВ найдут широкое применение синтетические носители: микро- и нанокопсулы, микросферы, в том числе магнитоуправляемые. Будет реализована возможность получения микросфер строго определенного размера (5-20 мкм). Появятся миниатюризованные аппараты на транзисторах, позволяющие вводить в организм больного необходимое количество ЛВ в определенный момент. Проводятся клинические испытания систем (чипов), из которых высвобождение ЛВ регулируется с помощью микрокомпьютера.
При опросе японских специалистов не удалось выявить одного единого мнения о лекарственных формах будущего. Часть экспертов полагает, что даже через 30 лет 30 % лекарственных средств будут выпускаться в виде традиционных капсул, таблеток и растворов для инъекций; по мнению других, в ХХI в.
лекарственные формы подвергнутся резкому изменению. Однако, если учесть, что судьба новых л екарственных форм во многом зависит от врачей, которые, как правило, к новшествам относятся с большой осторожностью, то даже системы, обеспечивающие постепенное высвобождение ЛВ, найдут широкое применение лишь в начале ХХIІ в.
Тенденцией, которая окажет наибольшее влияние на развитие фармацевтической индустрии в среднесрочной перспективе, является расширение использования биотехнологических разработок в создании новых лекарственных препаратов. В мире наблюдается стремительный рост числа биотехнологических компаний, фокус исследований которых лежит целиком в области фармакологии. Фармацевтические гиганты либо создают в своих структурах соответствующие подразделения, либо используют схему аутсорсинга, передавая собственно узкоспециальные исследования субподрядчикам.
На стыке традиционной фармакологии и биотехнологии возникает новая отрасль – фармакогеномика, ее целью является создание персонализированных лекарственных препаратов – «наиболее эффективных лекарств для данного пациента в данное время».
Таким образом, при создании лекарственных форм и систем будет сохранена тенденция строго индивидуального режима дозировки ЛВ при высокой избирательности воздействия на патологически измененный участок организма. При этом возрастает роль научных исследований в разработке технологии ЛВ, а также роль научно обоснованных методов выбора вспомогательных веществ, присутствие которых в лекарственных формах обеспечит максимальное прояв-
ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
ление фармакологического действия ЛВ. Во всем мире проводятся исследования по разработке лекарств с контролируемым высвобождением и направленной доставкой ЛВ. В век научно-технического прогресса не только широкий ассортимент ЛВ, но и многообразие лекарственных форм позволит с успехом лечить пациентов с различными заболеваниями.
БИБЛИОГРАФИЯ К ЧАСТИ 2
1.Аркуша А.А. Исследование структурно-механических свойств мазей с целью определения оптиума консистенции: автореф. дис. ... канд. фармац. наук / А.А. Аркуша.
– Харьков, 1982. – 23 с.
2.Афонин Н.И., Доронина Н.И., Иванов Н.Л. Искусственные кровезаменители на основе перфтоуглеродов. // Перфторорганические соединения в биологии и медицине. Сб. – Пущино. – 1980. – с. 109-110.
3.Бажумин Н.Б., Золин В.В., Колокольцов А.А., Таргонский С.Н. Перспективы применения липосомальных препаратов в медицинской практике // Terra Medica. – 2003. - №3.
4.Башура Г.С. Большие заслуги маленького аэрозоля – Москва: Мир, 2002. - 268 с.
5.Беккер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропоромиздат, 1990.- 334 с.
6.Биофармация: Учеб. для фармац. вузов и фак./ А.И.Тихонов, Т.Г.Ярных, И.А.Зупанец и др./ Под ред. А.И.Тихонова.- Х.: Изд-во НФаУ; Золотые страницы, 2003. – 240 с.
7.Божков А.И. Биотехнология. Фундаментальные и промышленные аспекты./Учебник для студентов ВУЗ.- Х.: Федорко, 2008.- 363 с.
8.Введение лекарственных веществ через кожу – достижения и перспективы (обзор) /
П.Г. Мизина, В.А. Быков, Ю.И. Настина, Е.А. Фоменко // Вестн. Воронежского ун -та. Сер. Химия. Биология. Фармация. – 2004. – № 1. – С. 176-183.
9.Виестур У.З, Кристапсоне М.Ж., Былиша Е.С. Культивирование микроорганизмов.- М.: Пищевая пром-ть, 1990.-232 с.
10.Воробьев С.И. Перфторан – плазмозаменитель с газотранспортной функцией. // Препринт. – М. – 1997. – 48 с.
11.Гельфман М.И. Коллоидная химия / Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юс тратов В.П. – С.Пб. и др.: Лань, 2003. - 332 с.
12.Глазные лекарственные препараты. Медико-биологические и фармацевтические аспекты: Пособие / Е. Л. Халеева, И. М. Перцев, С. А. Тихонова, А. Ф. Пиминов. - Х.: НФаУ, 2006. - 116 с.
13.Гормоны правят миром. Популярная эндокринология: А. А. Каменский, М. В. Маслова, А. В. Граф — Москва, АСТ-Пресс Книга, 2010. - 192 с.
14.Государственная фармакопея РФ ХII-е изд. – М.: Научный центр экспертизы средств медицинского применения. – Ч.1. – 2008. – 696 с; Ч.2. – 2010. – 600 с.
15.Гринберг Г.А. Микробный синтез. М.: Медицина, 1992.-289 с.
16.Гуменюк Н.И., Киркилевский С.И. Инфузионная терапия: теория и практика. – К. – Книга плюс, 2004. – 208 с.
17. Державна |
фармакопея України. – 1-е вид. / Держ |
. п-во «Науково-експертний |
|
фармакопейний центр».– Х.: РІРЕГ, 2001. – |
556 с.; Доп. 1. – 2004. – 494 с.; Доп. 2. – |
||
2008. – 620 |
с.; Доп. 3. – 2009. – 280 с.; Доп. 4. |
– 2011. – 540 с. |
|
18.Допоміжні речовини в технології ліків: вплив на технологічні, споживчі, економічні характеристики і терапевтичну ефективність: навч. посіб. для студ. вищ. фармац. навч. закл. / авт. – уклад.: І.М. Перцев, Д.І. Дмитрієвський, В.Д. Рибачук та ін.; за ред. І.М. Перцева. – Х.: Золоті сторінки, 2010. – 600 с.
19.Дроговоз С.М. Фармакологія - Cito!: [Підручник] / С.М. Дроговоз – Х.: «СІМ», 2009. – 232 с.
20.Дудниченко А.С., Краснопольский Ю.М., Швец В.И. Липосомальные лекарственные препараты в эксперименте и клинике. – Харьков: Изд.группа «РА–Каравелла», 2001.- 144 с.
21.Елинов Н.П. Основы биотехнологии. «Наука» СПБ,1995.-600с.
22.Иваницкий Г.Р., Воробьев С.И. Физико-химические и клинические исследования перфторорганических соединений. // Пущино. – 1994.
23.Иванов К.А. Разработка составов и технологии получения конструируемых пластырей // Автореф. канд. фарм. наук. М., 2001. - 21 с.
24.Иммобилизированные ферменты. / Под ред. И.О.Березина, К. Мартинека. - М., 2001.
25.Каталог технологического оборудования химико-фармацевтической промышленности: Учебное пособие для студентов вузов/ Чуешов В.И., Сичкарь А.А., Гладух Е.В. и др. – Винница: Нова Книга, 2010. – 272 с.
26.Контроль качества и производство мягких лекарственных средств в свете требований Государственной фармакопеи Украины / И.М. Перцев [и др.] // Провизор. – 2002. – №8.
27.Краснюк И.Н. Фармацевтическая технология: Технология лекарственных форм. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.
28.Кривошеев С.А. Основы создания медицинских липких лент с использованием акрилатных клеев // I Всероссийская научно-практическая конференция «Биомедицинские технологии»: Тез. докл. М., 2003. - С. 97-102.
29.Кривошеев СЛ., Иванов К.А. Оптимизация конструкции и производства бактерицидного пластыря. Технология получения и свойства нового бактерицидного пластыря // Хим.-фарм. журнал.- 2003.- Т.37. 12.- С.45-46.
30.Левачкова Ю.В. Біофармацевтичні аспекти створення вагінальних ЛФ. / Левачкова Ю.В. / Фармацевтичний часопис. - №3. – 2009. – С. 49-52.
31.Левашова И.Г. Надлежащие практики в фармации: Учебник / И.Г. Левашова, А.Н. Мурашко, Ю.В. Подпружников. – К.: МОРИОН, 2006. – 256 с.
32.Лекарственные препараты. Компендиум 2011 (Электронный ресурс): Морион, 2011.
33.Липосомы и другие наночастицы как средство доставки лекарственных веществ / А.П. Каплун, Ле Банг Шон, Ю.М. Краснопольский, В.И. Швец // Вопросы мед.химии. – 1999.
– №1.
34.Лосенкова С. О. Трансдермальные терапевтические системы / С. О. Лосенкова / Эксперим. и клин. фармакология . - №. 6. - 2008. - С. 54-57.
35.Львова Л. В. Трансдермальные терапевтические системы / Л. В. Львова / Провизор. - №.
17. - 2004. - С.26-29.
36.Ляпунов Н.А. Технологические и биофармацевтические основы создания пенных препаратов в аэрозольной упаковке пнтибактериального и противовоспалительного действия. Автореф. дис. докт. фарм. наук. – Харьков, 1989. – 48 с.
37.Майоров М. В. Трансдермальные гормональные препараты в гинекологической практике / М. В. Майоров // Провизор. - №. 1. - 2006. - С. 27-28.
38.Марченко Л.Г. Технология получения суппозиториев / Марченко Л.Г., Русак А.В., Смехова И.Е./ Фармацевтические технологии и упаковка. - № 2.- 2008. – С. 49-60.
39.Надлежащая производственная практика лекарственных средств / Под ред. Н.А. Ляпунова, В.А. Загория, В.П. Георгиевского, Е.П. Безуглой. - К.: МОРИОН, 1999. – 896с.
40.Основы проектирования производств в химико-фармацевтической и биотехнологической промышленности: Учеб. для студ. вузов / В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А.Сичкарь и др.- Х.: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2004.- 460 с.
41.Пат. 2000119159 РФ. Микропористые пленки, включающие флокированные волокна / Даби Ш., Ласко В., Пилэйт P.P. // 2002.09.27
42.Пат. 2000128655 РФ. Способ изготовления кусков пластыря, обеспечивающего передачу воздействия через кожу / Такер М. // 2002.10.20
43.Пат. 2000133213 РФ. Повязка из пленки или пластырь, предназначенные для прикрепления к коже / Арескоуг С., Фабо Т., Нюссен М-А. // 2002.11.10.
44.Пат. 2001101443 РФ. Чрескожная терапевтическая система, содержащая гормоны и ингибиторы кристаллизации / Кляйн Р.П., Мекони Р., Мюллер В. //2003.01.20.
45.Пектин-зеиновые микросферы как носители лекарственных средств / З. К. Мухидинов, Г. Ф. Касымова, Д. Т. Бобокалонов и др. // Химико-фармацевтический журнал. - №. 10. - 2010. - С. 35-39.
46.Печуркин Н.С. Популяционные аспекты биотехнологии. - М.: Медицина, 1990.-235 с.
47.Полимеры медицинского назначения /Под ред. Сэноо Манабу. – М.: Медицина, 1991. – 248 с.
48.Промышленная технология лекарств: [Учебник. В 2-х т. Том 2 / В.И. Чуешов, Н.Е. Чернов, Л.Н. Хохлова и др.]; Под ред. В.И. Чуешова. – Х.:Основа; Издательство УкрФА, 1999. – 704 с.
49.Промышленная технология лекарств: Учебник в 2-х т. /В.И.Чуешов, Н.Е.Чернов, Л.Н.Хохолова и др.; Под ред. проф. В.И.Чуешова. – Х.: МТК-Книга; Изд. НФАУ, 2002.
– 1276 с.
50.Проспекты фирмы BOSCH (Германия).
51.Проспекты фирмы Luxun International Group Co, Ltd (Китай).
52.Райст Н. Аэрозоли. 2 изд. с доп. М.: Мир, 2005. – 397 с.
53.Сидоров Ю.І., Чуєшов В.І., Новиков В.П. Процеси і апарати хіміко-фармацевтичної промисловості. – Вінниця: НОВА КНИГА, 2009. – 816 с.: іл..
54.Современные технологии для производства инфузионных растворов в мягких контейнерах из полиолефинов // Фармацевтические технологии и упаковка. – 2006. - № 2.
55.Спиер Р.Е., Гриффитс Д.Б. Биотехнология клеток животных. М.: Агропромиздат, 1989. Т2.- 507 с.
56.Справочник гормональных нарушений и болезней: И. Б. Юрков — Санкт-Петербург, Феникс, 2009.- 224 с.
57.Стандартизация пластырей в ГФУ / Товмасян Е.К., Шитеева Т.А., Губина Т.Н. / Фармаком. - № 1-2, 2006. – С.67-76.
58.Стандартизація фармацевтичної продукції. К.: МОЗ України, 2012. – 728 с.
59.Теоретические основы фармацевтической технологии: Учебн. пособ. для студ. / В.И. Чуешов, И.В. Сайко, О.А. Ляпунова и др.// 3-е изд. – Х.: Изд. НФаУ, 2007. – 176 с.
60.Технология и стандартизация лекарств. Сборник научных трудов. – Харьков: ООО
«РИРЕГ», 1996. – 784 с.; Т2. – 2000. – 784 с.
61.Технология лекарственных форм: Учебник в 2-х томах. Том 2 / Р.В. Бобылев, Г.П. Грядунова, Л.А. Иванова и др., Под ред. Л.А. Ивановой. – М.: Медицина, 1991. – 544 с.: ил. – (Учеб. лит. для студ. фарм. ин-тов).
62.Технология получения и применения полифункциональних магнитоуправляемых суперпарамагнитных препаратов / Н.А. Брусенцов, Ф.С. Байбуртский, В.В. Тарасов и др. // Хим.-фарм. Журн. – 2002. - № 4. – С. 32-40.
63.Технологія ліків промислового виробництва: Підруч. для студ. вищ. фар мац. навч. закл. і фар мац.ф -тів вищ. мед. навч. закл. ІІІ - ІУ рівнів акредитації / В.І.Чуєшов, Л.М.Хохлова, О.О.Ляпунова та ін.; За ред. В.І.Чуєшова – Х.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 720 с.
64.Трансдермальные терапевтические системы доставки лекарственных веществ (обзор) / А.Е. Васильев, И.И. Краснюк, С. Равикумар, О.О. Максименко // Хим.-фармац. журн. –
2001. – № 11. – С. 29-42.
65.Фармацевтическая отрасль. Промышленное обозрение. – 2009-2012.
66.Фармацевтична енциклопедія / Голова ред. ради та автор передмови В.П.Черних. - 2-ге вид., переробл. і допов. - К.: «МОРІОН», 2010. – 1632 с.: іл. 16 с.
67.Фармацевтичні та медико-біологічні аспекти ліків / під ред. проф. І .М. Перцева – Вінниця: Нова Книга, 2007. – 728 с.
68.Фещенко Ю.А., Гуменюк Н.И. Инфузионная терапия в клинике внутренних болезней,
2009.
69.Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. - М.: 000 ТИД «Альянс», 2004
70.Хонда К., Усуба А., Миязава М. и др. Искусственная кровь: от Флюозола-ДА до искусственных эритроцитов. // Биосовместимость. – 1993. – Т.1. – С. 81-94.
71.Швец В. И. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии (продолжение) / В. И. Швец, Ю. М. Краснопольский // Провизор. - №. 6. - 2008. - С. 34-37.
72.Швец В. И. Липосомы в фармации. Продукты нанобиотехнологии / В. И. Швец, Ю. М. Краснопольский // Провизор. - №. 3. - 2008. - С. 18-24.
73.Ярных Т.Г. Изучение ассортимента суппозиторных основ / Ярных Т.Г., Толочко Е.В.,
Чушенко В.Н. / Химико-фармацевтический журн. № 10. – 2010. – С. 21-26.
74.British Pharmacopeia. – V. 1.2 – 2001 – 2639 p.
75.Effective delivery of particles with the HandiHaler dry powder inhalation system over а range of chronic obstructive pulmonary disease severity. J Aerosol Med 2001 Fall; 14: 309315.
76.Enciclopaedia of Pharmaceutical Technology / Ed. J. Swarbrick, I.C. Boylan. – 2-nd – NewYork, Basel: Marcek Dekker, Inc., 2002. – Vol. 3. – 3032 p.
77.European Pharmacopeia. 5 Edition, 2005. – Strasbourg: Council of Europe, 2005. – 2416 p.
78.European Pharmacopeia. 7 Edition, 2010. – Strasbourg: Council of Europe, 2010.
79.Osmotic Pump Drug Delivery Devices: From Implant to Sandwiched Oral Therapeutic System / Pandey Shivanand, Viral Devmurari // International Journal of PharmTech Research.
– Vol. 2, N. 1. – 2010. – P. 693-699.
80.Кnoch М., Sommer Е. Jet nebulizer design and function. Eur.Respir.Rev. 2000; 10: 183186.
81.http://paradontoz.net/
82.http://www.pharmainfo.net/reviews/osmotic-controlled-drug-delivery-system
83.http://www.pharmainfo.net/swayamprakashpatel/publications/controlled-drug-delivery-system
84.http://www.rxlist.com/atridox-drug.htm
85.www. faberlic-spb.ru/article/34-publication/48-blue-blood.
86.www. Medinfo.ru/search/perftoran.
87.www. Perftoran. Info.
88.www. Uriafarm.
89.www.cmpcosmec.com.ua
90.www.ima.it
91.www.kinematica.ch
92.www.lxn.ru
93.www.mixers.com
94.www.pharmainfo.net/reviews/medicated-chewing-gum-new-reformulation-technique
95.www.pharma-polymers.com/pharmapolymers/en.
96.www.pharmatech.ru
97.www.pharma-test.de.
98.www.thermodistillation.com.ua
99.www.ukraerosol.com
100.www. sartorius.cqm.ua.