Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Исследование фазовых равновесий методами термического анализа 9
1.2. Методы определения типов дисперсных систем 12
1.3. Способы регулирования био доступности лекарственных веществ 14
Глава 2. Объекты и методы исследования 28
2.1. Объекты исследования 28
2.2. Методы исследования 29
2.2.1. Дифференциально-термический анализ (ДТА) 30
2.2.2. Визуально - политермический анализ (ВПА) 35
2.2.3. Рентгенофазовый анализ (РФА) 35
2.2.4. Определение растворимости 37
2.2.5. Определение кинетики растворения 39
2.2.6. Спектрофотометрия 42
Глава 3. Физико-химическое исследование двухкомпонентных лекарственных систем 44
3.1. Система парацетамол — мочевина 44
3.2. Система парацетамол — пирацетам 52
3.3. Система парацетамол — кислота аминокапроновая 59
3.4. Система кофеин — пирацетам 68
3.5. Система анестезин — пирацетам 77
3.6. Система салициламид — мочевина 86
3.7. Система парацетамол — салициламид 95
3.8. Система салициламид — кофеин 106
3.9. Система кофеин — парацетамол 118
3.10. Система теофиллин — трисамин 131
3.11. Система салициламид — трисамин 136
Глава 4. Анализ проведенных исследований. Обоснование методологического подхода к формированию лекарственных форм с прогнозруемыми биофармацевтическими характеристиками 140
Выводы 147
Список литературы 149
Приложения 163
- Способы регулирования био доступности лекарственных веществ
- Определение кинетики растворения
- Система парацетамол — кислота аминокапроновая
- Система кофеин — парацетамол
Способы регулирования био доступности лекарственных веществ
Для практически не растворимых в воде лекарственных веществ, предназначенных для перорального применения, скорость абсорбции часто определяется скоростью его растворения в желудочно-кишечном тракте. Скорость растворения лекарственного вещества может быть повышена уменьшением размера его частиц [12,106,117,120]. Однако, микронизация не всегда ведет к увеличению скорости растворения и абсорбции, особенно веществ, применяемых в форме таблеток или микрокапсул [85]. Это может быть объяснено наличием процессов агломерации и агрегации. При микронизации происходит резкое увеличение удельной поверхности частиц и вместе с тем усиление притяжения Ван-дер-Ваальса между неполярными молекулами, что и способствует процессам агломерации и агрегации [1].
С целью повышения биологической доступности плохорастворимых лекарственных веществ и преодоления вышеуказанных трудностей в 1961 г. Sekiguchi и Obi [111] впервые предложили новый метод введения лекарственных веществ в твердые дисперсии. Они получили эвтектические смеси плохорастворимого сульфатиазола с физиологически инертным легкорастворимым носителем - мочевиной. Эвтектика была приготовлена расплавлением смеси лекарства и носителя с последующим быстрым процессом затвердевания.
Термины «твердая дисперсная система» и «соосажденная система» [50] относят к дисперсии одного или нескольких активных ингредиентов в инертном носителе, находящихся в твердом состоянии. Выбор носителя имеет большое значение в процессе растворения лекарственных веществ. Так, водорастворимый носитель быстро высвобождает лекарственное вещество из дисперсной системы [7,30,35,118], а плохорастворимый замедляет этот процесс [26,96,107]. Твердые дисперсные системы могут быть приготовлены методом плавления, растворения или сочетанием этих двух методов.
Метод плавления состоит в следующем. Смесь лекарственного вещества и водорастворимого полимера - носителя нагревают до расплавления. Расплавленную массу выливают тонким слоем на интенсивно охлаждаемую поверхность. При этом растворенные (или однородно перемешанные) молекулы лекарственного вещества фиксируются в носителе мгновенным процессом затвердевания. Твердую массу затем измельчают и просеивают. Основным недостатком метода является то, что многие лекарственные вещества и полимеры-носители могут разлагаться или испаряться в процессе плавления при высоких температурах. Твердые полиэтиленгликоли (ПЭГ), манни-тол, сорбитол, мочевина используются в качестве носителей для получения твердых дисперсных систем методом плавления [68,71,82,87,99,114,133].
В работе [68] рассмотрено влияние ПЭГ 6000 и маннитола на характеристики растворения in vitro нитрофурантоина в составе твердых дисперсий, которые получали методом плавления. Отмечено, что дисперсии нитрофурантоина с ПЭГ характеризуются большей скоростью растворения, чем дисперсии с маннитолом. А скорость высвобождения нитрофурантоина из таблеток, содержащих дисперсии, выше, чем из таблеток с физическими смесями.
Методом плавления получены [95] твердые дисперсии ибупрофена в полиэтиленгликоле 6000 в различных массовых соотношениях и изучена скорость растворения ибупрофена.
Свойства твердой дисперсии ибупрофена в полиэтиленгликоле - 20000 (ПЭГ) детально исследованы в работе [98]. Твердые дисперсии готовили методами плавления или растворения и изучали методами ДСК, дифракции рентгеновских лучей. Определяли скорость растворения ибупрофена из твердых дисперсий. Установлено, что растворимость ибупрофена в воде линейно увеличивается с повышением концентрации ПЭГ-20000, что связывают с солюбилизирующим действием ПЭГ. Наблюдаемое различие между механическими смесями компонентов и твердыми дисперсиями объясняют уменьшением размеров кристаллов ибупрофена. Твердая дисперсия при соотношении компонентов ПЭГ - ибупрофен 60 : 40 представляет собой простую эвтектическую систему.
Изучали [87] скорость растворения механических смесей и твердых дисперсий сульфаметоксазола и триметоприма с ПЭГ - 6000 в соотношении 5:1, полученным методом плавления. Установлено, что ПЭГ не взаимодействует с лекарственными веществами, но повышает скорость их растворения. Сульфаметоксазол быстрее растворялся из ТД, скорость растворения триметоприма увеличивалась менее значительно.
В опытах in vitro изучены [84] растворение и высвобождение глибенкламида из бинарных и тройных твердых дисперсий с маннитом, сорбитом или их смесью и полиэтиленгликолем (ПЭГ) 4000 и 6000. Дисперсии получали методом сплавления. Высвобождение изучали в 0,1 М раствор кислоты хлороводородной при 25 ± 1 С. Количественную оценку продиффундиро-ванного и растворившегося глибенкламида осуществляли спектрофотомет-рически при 300 нм. Показано, что глибенкламид стабилен в твердых дисперсиях. Скорость высвобождения его из ТД с маннитом и сорбитом значительно возрастает по сравнению с диффузией из лекарственных препаратов. Растворимость глибенкламида из дисперсий с маннитом, сорбитом и ПЭГ возрастает, при этом наибольшая растворимость наблюдается с ПЭГ 6000.
Плохая растворимость и медленное высвобождение хлорталидона (диуретик) приводят к его неполной и непредсказуемой абсорбции, что послужило поводом для создания твердых дисперсий с мочевиной [71]. Концентрация хлорталидона в сплаве с мочевиной составляла от 10 до 50 %. Термоанализ осуществлялся с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (в интервале температур 47 - 227 С при скорости сканирования 5 /мин). Выявлено комплексообразование между хлорталидоном и мочевиной за счет водородных связей. Наибольшую скорость растворения наблюдали в расплавах с содержанием хлорталидона от 10 до 35 %. Таблетки из твердой дисперсии и порошкообразная твердая дисперсия имели одинаковые скорости растворения хлорталидона. Установлено, что скорость растворения твердой дисперсии с хлорталидоном в 130 раз превышали скорость растворения порошкообразных смесей хлорталидона и мочевины.
Изучены [77] скорости растворения лекарственных веществ (левомице-тин, гризеофульвин и др.) из твердых дисперсий на основе ПЭГ 6000. Твердые дисперсии готовили методом плавления с содержанием лекарственного вещества 0,5-15 %. Скорость растворения лекарственных веществ из субстанций была ниже, чем скорость растворения из твердых дисперсий.
Приведены [75] сравнительные результаты изучения повышения растворимости и образования твердых растворов нестероидного противовоспалительного средства - мефенаминовой кислоты через образование твердых дисперсных систем и этих составов в таблетированных лекарственных формах. Твердые дисперсии получали методом расплавления в виде бинарных систем с ПЭГ 3350 и тройных систем с ПЭГ и твин-20 и контролировали скорость растворения мефенаминовой кислоты с помощью сканирующей электронной микроскопией, спектрофотометрией и рентгеноструктурным анализом. Установлено, что скорость растворения мефенаминовой кислоты в бинарных системах была в 3 раза выше, чем индивидуальных образцов. Введение твин - 20 приводило к еще большей (в 7 раз) скорости растворения при процентном соотношении мефенаминовая кислота - ПЭГ - Твин 4,7: 93: 2,3. При этом отмечалось увеличение размеров частиц и снижение кристаллизуе-мости твердой дисперсной системы. Прессование в таблетки не оказывало существенного влияния на скорость растворения мефенаминовой кислоты в твердой дисперсии при оптимальных режимах давления и времени обработки.
Описаны [105] оптимальные условия получения твердых суспензий труднорастворимого в воде лекарственного средства — напроксена, нестероидного противовоспалительного средства. Дисперсию получали методом расплавления при 220 С в присутствии различных количеств лактозы в качестве носителя (1:1, 1:5, 1:10) быстро охлаждали в токе А и анализировали методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, дифференциально-термического анализа и тесте на скорость растворения. Установлено, что скорость растворения напроксена в значительной степени увеличивается при сравнении дисперсий и физических смесей.
Методом плавления получены твердые дисперсии лекарственных веществ и изучены характеристики высвобождения действующих веществ в работах [79, 87,94,100].
Определение кинетики растворения
В настоящее время общепризнанно, что почти для всех групп лекарственных веществ скорость растворения (выхода, высвобождения) лекарственного вещества из лекарственной формы взаимосвязана с биодоступностью и является первым этапом ее определения.
Определение скоростей перехода лекарственных веществ в раствор в данной работе проводилось в опытах in vitro. Кинетические характеристики процесса высвобождения компонентов бинарных систем различных составов и чистых субстанций исследовались на приборе типа «вращающаяся корзинка» [17]. Прибор (рис. 5) представляет собой трехгорлый сосуд, в один тубус (1) которого вводится термометр, в другой (2) — трубка для взятия проб, а в третий (3) - насаженная на ось мотора (5) цилиндрическая корзинка (4). Корзинка сделана из нержавеющей стали в виде сетки с отверстиями и при испытании вращается в среде растворения, в качестве которой использовалась вода очищенная или 0,1 М раствор кислоты хлороводородной объемом 300 мл, со скоростью 60 об/ мин. В процессе определения с помощью термостата поддерживалась температура 37 ± 1 С.
Для ряда систем исследования проводились на установке FARMTEST (Германия), которая состоит из 6 параллельно термостатированных стаканов объемом 500 мл. В стаканы погружаются сетчатые корзинки, которые вращаются со скоростью 100 об / мин.
Исследуемые составы таблетировали прямым прессованием под давлением. Таблетку помещали в сухую корзинку, которую устанавливали на расстоянии 2 см от дна сосуда и приводили во вращение. Отбор проб осуществлялся с интервалом через 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 60 мин. Концентрацию веществ в пробах определяли после соответствующего разведения спектрофотометрическим методом по градуировочному графику или расчетным путем по методу Фирордта [42].
В связи с тем, что из-за особенностей кристаллической структуры некоторые составы исследуемых смесей характеризовались низкой механической устойчивостью таблеток, в некоторых случаях (например, для системы парацетамол — кофеин) применялся диализный метод исследования кинетики высвобождения активного компонента из твердой дисперсной системы. В этом варианте исследования цилиндрическая корзинка обтягивалась целлофановой пленкой, предварительно вымоченной в течение 30 минут в воде очищенной с целью освобождения ее от лака. Внутрь корзинки помещались навески исследуемых порошкообразных смесей.
В целях обеспечения статистической достоверности получаемых результатов все исследования проводились в 5 — 6 повторностях.
По полученным экспериментальным данным для каждого из исследуемых составов строились кинетические кривые зависимости концентрации (мкг /мл) от времени (мин).
Система парацетамол — кислота аминокапроновая
Фазовая диаграмма состояния системы «парацетамол - кислота амино-капроновая» строилась по данным дифференциально-термического и визуально - политермического анализа 11-ти бинарных смесей (табл. 8), которые формировались в полном диапазоне концентраций, в интервале температур от 20 С до 215 С. Составы готовились путем перетирания в ступке расчетных количеств компонентов в присутствии небольшого количества спирта до его полного испарения.
Диаграмма состояния (рис.11 а) характеризуется двумя ветвями кристаллизации, сходящимися в точке эвтектического равновесия с содержанием парацетамола 67 % мол (70 % масс) и 33 % мол кислоты аминокапроновой (30 % масс) с температурой плавления 157 С. Рентгенофазовый анализ показал отсутствие новых фаз.
В опытах in vitro проведено сравнительное определение скорости перехода в раствор парацетамола (рис. 10). Исследуемые составы формировались в таблетки диаметром 12 мм прямым прессованием под давлением 200 кг/см с содержанием 500 мг парацетамола в таблетке. В ходе эксперимента корзинка вращалась со скоростью 60 об/мин в среде растворителя, в качестве которого использовалась вода очищенная, термостатированная при 37 ± 1 С. В пробах, отбираемых с интервалом через 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 60 минут, определяли концентрацию парацетамола спектрофотометрически методом градуировочного графика (построение см. систему парацетамол — мочевина) по максимуму светопоглощения при длине волны 243 нм в кювете толщиной 10 мм. Раствор сравнения - вода. По линейным участкам кинетических кривых концентраций парацетамола для составов, с содержанием последнего 40, 50, 60, 67, 75 и 100 %, построена диаграмма «состав - скорость растворения» (рис. 11 в). Скорость высвобождения парацетамола из бинарных составов с аминокапроновои кислотой имеет тенденцию к увеличению (примерно в 2 раза по сравнению с чистой субстанцией) в области эвтектики. Далее, при увеличении в составах аминокапроновои кислоты скорость снижается практически до исходной величины, а затем плавно повышается.
Растворимость определялась для образцов смесей посредством получения насыщенных растворов в воде при 37 ± 0,1 С (табл. 10, рис. 116). Следует акцентировать внимание на то обстоятельство, что повышение растворимости парацетамола происходит только при растворении хорошо гомогенизированного состава эвтектики, приготовленной, как указывалось выше. При растворении чистой субстанции парацетамола в аналогичном объеме раствора кислоты аминокапроновои с содержанием, равном содержанию ее в растворяемой навеске эвтектического состава, увеличения растворимости парацетамола для этого соотношения практически не наблюдается.
Для подтверждения полученного нами парадоксального результата существования при одинаковых условиях одних и тех же бинарных растворов с разной концентрацией насыщения по отношению к труднорастворимому веществу в зависимости от способа их приготовления, построены изотермы растворимости парацетамола в системе «парацетамол — кислота аминока-проновая - вода» при 37 С. Для графического отображения равновесных кривых использовалась диаграмма Схрейнемакерса [49, 4] (рис.12). Как показали исследования, кривая насыщенных растворов парацетамола, приготовленных по первому способу заканчивается в эвтонике (Е), с содержанием парацетамола 5,9 г/ 100 г воды, и лежит выше равновесной кривой, построенной по второму способу, с эвтоникой (), содержащей 4,1 г парацетамола на 100 г воды. Следует отметить, что в области эвтектического состава на первой кривой имеет место пик (т), свидетельствующий о двукратном увеличении концентрации парацетамола по сравнению с таковой для субстанции, чего нет во втором случае.
Система кофеин — парацетамол
С помощью методов ДТА и ВПА получены термограммы плавления 13-ти образцов системы, включая исходные субстанции (табл. 27), по данным которых построена фазовая диаграмма состояния. Все фазовые области подтверждены РФА. Система имеет эвтектику с содержанием кофеина 42 % мол и парацетамола 58 % мол и температурой термоэффекта 141 С (рис. 29).
В опытах in vitro проведено сравнительное определение скоростей перехода парацетамола и кофеина в раствор [59]. Исследования проводились на стандартизированной установке FARMTEST (Германия) типа «вращающаяся корзинка», которая состоит из 6 параллельно термостатированных стаканов. В стаканы погружались обтянутые целлофаном и вращающиеся со скоростью 100 об/мин корзинки. В корзинки предварительно помещали образцы исследуемой смеси из расчета содержания 0,5 г парацетамола или кофеина в зависимости от того, скорость перехода в раствор какого компонента контролировалась. В качестве растворителя использовалась вода очищенная объемом 300 мл. Концентрации веществ в пробах, отбираемых с интервалом через 2,4,6,8,10,15,20 и 30 мин, определяли после соответствующих разведений на спектрофотометре Jasco V-530 UV/VIS Spectrofotometer по поглощению при длинах волн 243 и 272 нм в кювете толщиной 10 мм. Раствором сравнения служила вода. В связи с тем, что в ультрафиолетовой области имеет место частичное наложение спектров поглощения кофеина и парацетамола (рис. 26), расчеты концентраций (в мг/мл) парацетамола (С/) и кофеина (Сг) проводили расчетным способом по методу Фирордта по формулам.
Кинетические кривые высвобождения парацетамола и кофеина представлены на рисунках 31 и 32 соответственно.
Как видно из рис. 31, тенденция к увеличению скорости выхода парацетамола из твердой дисперсной системы (ТДС) проявляется по мере увеличения в составе кофеина от 5,7 мкг/мл-мин для чистой субстанции до 12,8 мкг/мл-мин для состава с содержанием кофеина 70 % мол. Эвтектический состав характеризуется максимальным значением скорости выхода парацетамола (13,9 мкг/мл-мин), несмотря на содержание кофеина в нем в количестве только 42 % мол. Кратность увеличения скорости растворения парацетамола из эвтектического состава по сравнению с чистой субстанцией составила 2,4 раза.
Из 3-х исследованных составов ТДС кофеин также показал рост скорости выхода в раствор (рис. 32) в случае его 70 % мол содержания (4,8 мкг/ мл-мин) и из эвтектики (5,13 мкг/мл-мин) в 1,2 и 1,3 раза соответственно по сравнению со скоростью перехода его в раствор из чистой субстанции (4 мкг/мл-мин). Однако в случае его содержания 30 % мол в дисперсной системе скорость высвобождения оказалась ниже в 1,3 раза, чем из чистой субстанции (2,9 мкг/мл-мин).
Растворимость кофеина и парацетамола определяли для образцов смесей посредством получения насыщенных растворов в воде при 37 + 0,1 С. Как показали исследования, растворимость парацетамола при увеличении в смеси доли кофеина заметно возрастает, точно так же как и весьма существенно увеличивается растворимость кофеина под влиянием парацетамола (табл. 28, рис. 33). Максимальной величины равновесная концентрация кофеина достигает 21,6 г на 100 г воды в указанных условиях (при исходной растворимости 1,7 г на 100 г воды) при наличии в растворе парацетамола в количестве 8,82 г на 100 г воды. Концентрация последнего превышает растворимость исходной субстанции почти в 8 раз. Данный раствор следует считать эвтоническим относительно обоих компонентов, отвечающий соотношению кофеина и парацетамола 66 : 34 % мол.
При попытке получения насыщенного раствора относительно обоих компонентов путем последовательного добавления отдельно взятых субстанций кофеина и парацетамола небольшими порциями в растворяемую среду в таких же количествах, как и в составе сухой смеси, получены несколько меньшие значения концентраций веществ.
С целью более детального изучения отмеченного парадоксального результата существования при одинаковых условиях одних и тех же бинарных растворов с разной концентрацией насыщения в зависимости от способа их приготовления построена изотерма растворимости компонентов в системе «кофеин — парацетамол — вода» при 37 С (таб.29). Для графического отображения равновесных кривых использовалась диаграмма Схрейнемакерса [49, 4] (рис.34).
Как видно из рисунка, кривая насыщенных растворов парацетамола NE, приготовленных по первому способу заканчивается в эвтонике (Е), с содержанием парацетамола 8,82 г/ 100 г воды, и лежит выше равновесной кривой NE], построенной по второму способу, с эвтоникой (Ei), содержащей 7,96 г парацетамола на 100 г воды. Следует отметить, что в области эвтектического состава на первой кривой имеет место пик (F), свидетельствующий о почти семикратном увеличении концентрации парацетамола по сравнению с таковой для субстанции. В случае «раздельного» растворения концентрация также увеличивается. При этом в области, отвечающей эвтектическому соотношению, отмеченного выше для сухой смеси максимума растворимости не наблюдалось.
