БИОФАРМАЦИЯ

Фармацевтическая наука всегда уделяла серьезное внимание степени дисперсности лекарственных веществ, исходя из общеизвестного положения об ускорении всасывания веществ с уменьшением размера частиц ингредиентов. В результате многочисленных биофармацевтических исследований было выявлено, что скорость и полнота всасывания лекарственного вещества, его концентрация и время пребывания в организме в значительной степени зависят от размера частиц. Например, уменьшение размера частиц ацетилсалициловой кислоты в 30 раз по сравнению с обычно используемым в аптечной практике повышает в 2 раза ее терапевтический эффект. Если получить частички гризеофульвина размером менее 5 мк, его эффективность возрастает в 2 и даже в 4 раза. Это же оказалось характерным и для сульфаниламидных препаратов, левомицетина, тетрациклина, производных кумарина и др. Так, при назначении одинаковых доз сульфадимезина микронизированного и полученного в заводском производстве без дополнительного измельчения выявлено, что в первом случае в плазме крови людей содержание вещества на 40% выше, максимальная концентраци достигается на 2 часа раньше, а общее количество всосавшегося вещества на 20% больше, чем во втором случае. Насколько измельчение препарата влияет на его содержание в биологических жидкостях организма, а, следовательно, может определить его эффективность, можно судить на примере с альдактоном. Альдактон, известное мочегонное средство, подвергнутое 2 степеням измельчения – с величиной частиц 30-50 мк и 2-5 мк, назначили двум группам добровольцев по 10 мг каждого, в крови которых в течение 24 часов определялось содержание препарата. Было установлено, что через 3 часа после назначения порошка альдактона со степенью измельчения 30-50 мк в крови его определялось в 2 раза меньше, чем после приема микронизированного порошка.

Использование этих свойств способствовало повышению эффективности лекарственных веществ и привело к рационализации соответствующих технологических операций, давая им подлинно теоретическое обоснование.

В тесной связи со степенью дисперсности лекарственных веществ находится их растворимость, оказывающая разностороннее влияние на фармакокинетику препаратов. Микронизирование, способствуя растворению и всасыванию лекарственных веществ, может ускорить процессы их выведения из организма (эритромицин, левомицетин) или усиливать побочные, нежелательные эффекты препаратов (дифенилгидантоин). Так, с увеличением дисперсности резко снижается активность пенициллина и эритромицина. Это объясняется усилением процессов их гидролитической деструкции или снижением их стабильности в присутствии пищеварительных соков, а также увеличением поверхности контакта лекарственного вещества с биологическими жидкостями. При назначении нитрофурантоина в виде микронизата вещество быстро всасывается, создавая высокие концентрации в крови, при этом наблюдаются общие и местные токсические реакции, в том числе значительное раздражение слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта; назначением той же дозы нитрофурантоина в виде крупных кристаллов удается предотвратить названные побочные реакции.

Поэтому выбор степени измельчения лекарственного вещества должен осуществляться обязательно с учетом влияния данного фактора на фармакокинетику в каждом конкретном случае. Необходима строгая регламентация размеров частиц вещества при разработке аналитической нормативной документации (АНД) на лекарственные препараты. Лекарственное вещество в лекарственном препарате должно иметь оптимальную степень измельчения, от которой зависит его биодоступность.

Полиморфизм - способность лекарственного вещества одного и того же химического состава кристаллизоваться в различные кристаллические формы или изменять свою сингонию при изменении термодинамических условий. Испозьзование лекарственных веществ без учета полиморфных модификаций, обладающих разными физико-химическими, в том числе и поверхностными свойствами при приготовлении лекарственных препаратов может служить одной из причин их терапевтической неэквивалентности. (См. рис. 1)

Направление исследований по получению усовершенствованных лекарственных веществ

Явление полиморфизма было открыто в 1788 г. Klaproth, который установил, что кальция карбонат кристаллизуется в виде кальцита (гексагональная модификаия) и арагонита (ромбическая модификация), которым соответствует один и тот же химический состав кальция карбоната. Позже, в 1809 г. было установлено, что графит и алмаз представляют собой углерод и что они отличаются между собой расположением атомов в твердой фазе.

Первоначальное представление о сущности полиморфизма основывалось на принципах термодинамики. После открытия дифракции рентгеновских лучей (1912 г.) стало возможным на основе изучения расположения атомов в кристаллах дать структурные объяснения полиморфизма.

При кристаллизации любого твердого вещества из раствора, расплава или газа в зависимости от температуры и давления могут образовываться две или более структурные формы. Кристаллизация одного и того же химического вещества в нескольких структурно-кристаллических формах получила название полиморфизма. Следовательно, полиморфизм – это свойство химического вещества образовывать в различных условиях кристаллизации кристаллы, отличающиеся друг от друга классом симметрии или формой, а также физическими, а иногда и химическими свойствами. Образующиеся в результате кристаллизации различные структурные формы называют полиморфными модификациями или формами. Полиморфные модификации могут быть получены и в результате фазовых полиморфных превращений в твердом состоянии.

В настоящее время установлено, что полиморфизм представлет собой широко распространенное явление и характерен для подавляющего большинства веществ, в том числе и лекарственных. Можно сказать, что полиморфизм – это одно из свойств структуры кристаллических веществ меняться в зависимости от изменения условий внешней среды. Для полиморфных модификаций характерен идентичный химический состав, следовательно, и химические свойства их весьма сходны. Физические же свойства полиморфных модификаций одного и того же вещества (удельная теплоемкость, плотность, проводимость, температура плавления, оптические константы) обычно сильно отличаются.

Трудно переоценить значение полиморфизма для современной фармацевтической технологии, так как от содержания той или иной полиморфной модификации лекарственного вещества в лекарственной форме зависят эффективность ее действия и стабильность, причем в ряде случаев эти свойства могут быть взаимоисключающими.

Так, например, ацетилсалициловая кислота, которая существует в двух полиморфных формах, из которых II активнее формы I в 1,5 раза. Хлорамфеникола пальмитат существует в трех клисталлических (А, В, С) и одной аморфной формах, из которых высокой активностью обладает только форма В. За рубежом при анализе 6 серий хлорамфеникола пальмитата оказалось, что в 4-х из них содержалась, главным образом, неактивная форма А.

Обычно менее стабильные кристаллические модификации веществ характеризуются большей растворимостью и лучшей всасываемостью, а поэтому всегда являются наиболее эффективными в терапевтическом отношении. Так, β-форма преднизолона растворяется в 14 раз быстрее (стабильной) α-формы этого вещества и обеспечивает в 1,7 раза более быстрое поступление в кровь стероидов.

Леокаин – новая физически устойчивая в растворе ( более 2 лет) при нормальных условиях стабильная β-модификация гидрохлорида 2-диметиламиноэтилового эфира п-бутиламинобензойной кислоты, которая обладает в 2-3 раза большей местноанестезирующей активностью, чем известные модификации, Это дает возможность создать на основе леокаина лекарственные формы промышленного изготовления, не содержащие консервантов и стабилизаторов.

Терапевтическое значение полиморфизма может быть показано на примере инсулина аморфного и кристаллического. Аморфный цинк-инсулин быстро всасывается, в то время как кристаллический цинк-инсулин всасывается медленнее в 2 раза и обеспечивает длительность его действия. Сочетание в инъекции кристаллической и аморфной форм инсулина обеспечивает среднее время действия препарата.

Таким образом, применяя ту или другую полиморфную модификацию лекарственного вещества в препарате можно повысить или понизить уровень фармакотерапевтической активности и даже изменить время действия лекарственного препарата, что имеет исключительно важное значение для клинической практики

С учетом полиморфных свойств лекарственных веществ в настоящее время необходимо выработать иной подход к технологическому процессу получения лекарств, выдвигая на первый план не экономическую целесообразность (стоимость, доступность растворителей и т.д.), а критерии терапевтической эффективности полученного лекарственного вещества, для которого важно соответствие как химическому, так и биологическому стандарту, отражающему тонкие изменения физикохимических свойств активного вещества. Фармацевтическое действие обусловлено всеми свойствами действующего вещества в лекарственной форме, включая и поверхностные, определяемые полиморфизмом.

В процессе хранения готовых лекарственных форм возможен переход одной полиморфной формы в другую. Этот переход сопровождается изменением типа кристаллической структуры и, следовательно, изменением поверхностных свойств препарата и его терапевтической активности.

Вероятнее всего, полиморфные превращения обусловлены технологическими процессами, в частности измельчением, увлажнением, грануляцией, прессованием, сушкой, кристаллизацией, ультразвуковой или иной обработкой и т.д.; кроме того, превращения связаны с хранением лекарств в условиях повышенной влажности и меняющихся температур, с приемом лекарств, длительное время задерживающихся в организме (имплантационные таблетки, микрокристаллические суспензии для парентерального введения, некоторые типы мазей, кишечно-растворимые лекарства и др.)

Полиморфные изменения суппозиторной основы выражаются в изменении точки плавления. Если супозиторная основа плавится и освобождает лекарственные вещества при температуре человеческого тела, то сравнительно небольшие изменения в точке ее плавления могут вызвать серьезные последствия. Примером могут служить суппозитории, содержашие масло какао в качестве основы. Масло какао, как и многие триглицериды, полиморфно. Оно существует в трех различных модификациях, имеющих разные точки плавления. Обычно суппозитории готовят расплавлением при 60-70°С масла какао, затем расплав выливают в формы и быстро охлаждают в холодильнике. Если приготовленные таким образом суппозитории вынуть из холодильника через короткое время, то они будут плавиться при 30°С, что делает их непригодными для применения.

Особое значение имеет растворимость различных полиморфных модификаций , т.к от нее зависит всасывание лекарственных веществ. Растворимость веществ зависит в большей мере от их поверхностных свойств, в том числе от степени их измельчения. Различие в величине частиц лекарственного вещества может привести к неодинаковой скорости всасывания и содержания в биологических жидкостях одного и того же препарата, а следовательно, к возможной его клинической неэквивалентности.

Растворимость лекарственных веществ может меняться в зависимости от способов их перекристаллизации, а в готовых лекарственных средствах – от наличия используемых вспомогательных веществ и технологии лекарственных форм. Выбор лекарственной формы также влияет на растворимость лекарственных веществ в лекарственных препаратах.

На терапевтическую активность лекарственных веществ оказывают влияние их оптические свойства. Среди оптических изомеров нет химического различия, но каждый из них вращает плоскость поляризационного луча в определенном направлении. Несмотря на то, что химический анализ полностью подтверждает наличие одного и того же вещества в лекарственных препаратах с различными изомерами, они не будут терапевтически эквивалентными.

Распадаемость - это способность таблеток и капсул превращаться в частицы лекарственных и вспомогательных веществ при соприкосновении с водой (пищеварительными соками).

Разработка методов распадаемости началась в 20-30-х годах ХХ века. В Фармакопее США изменения в методике были сделаны в XVI издании (1960), а в Фармакопее СССР – в IX издании в 1961 году. В настоящее время тест «Распадаемость» принадлежит к стандартным способам оценки качества твердых лекарственных препаратов и включен во все современные фармакопеи мира, в том числе и Государственную фармакопею Украины (ст. 2.9.1 и 2.9.2, с. 151).

При разработке методов распадаемости учитывались такие параметры, как характер и количество среды, поверхностное натяжение и вязкость, температура, способ смешивания. В данном случае возможна корреляция результатов опытов in vitro и in vivo, проводимых при температуре 37^о С с использованием искусственной пищеварительной жидкости с различным рН и различными образцами, имитирующими перистальтические движения пищеварительного тракта.

Приборы и методы оценки распадаемости в соответствии с тем, изменяется или нет взаиморасположение образцов и среды, можно разделить на динамические и статические. Общим для этих методов является наблюдение за распадаемостью таблетки или капсулы в испытуемой среде с одновременным перемешиванием.

Испытание на распадаемость позволяет определить, распадаются ли таблетки или капсулы в пределах установленного времени, когда они помещены в жидкую среду в экспериментальных условиях.

Важнейшим показателем, предлагаемым биофармацией, является фармацевтическая доступность (или тест растворимости, согласно старой терминологии), выражающая в количественных величинах (параметрах) степень, с которой действующее вещество высвобождается (растворяется) из лекарственного препарата и скорость, с которой этот процесс происходит.

Фармацевтическая доступность (ФД) – (тест растворимости) логически и закономерно связана с биологической (физиологической) доступностью, выражающей степень, с которой вещество всасывается (поступает) из места введения в системный кровоток, и скорость, с которой этот процесс происходит, так как процессы высвобождения (растворения) предшествуют процессам всасывания.

Процесс высвобождения лекарственного вещества – переход его в растворенном виде из лекарственного препарата в растворяющую среду – с некоторым приближением описывается известным уравнением диффузии:

– скорость растворения (высвобождения);

К – константа скорости растворения (высвобождения) мин^-1, час^-1 ;

С_о – исходное содержание вещества в лекарственном препарате;

С – содержание вещества в препарате через время t.

Проинтегрируем, прологарифмируем и преобразуем это уравнение, получаем:

K_t = lnCo-lnC, а, учитывая, что С=С_о-С_t, где

C_t – количество вещества, переходящее в раствор за время t,

Уравнение записывается следующим образом:

В десятичных логарифмах это уравнение принимает вид:

Отсюда константа скорости высвобождения К:

Исходя из полученного уравнения рассчитывают еще один параметр фармацевтической доступности – период полувысвобождения (t_50%)

Для оценки еще одной величины фармацевтической доступности – степени высвобождения, предложено использовать соотношение площадей под кривыми кинетики высвобождения. Последние строятся в системе координат, как C_t= f(t) (рис. 8).

Планиметрическим способом вычисляется площадь под кривой кинетики высвобождения (растворения) вещества из исследуемого лекарства S_x к площади под кинетической кривой для стандартного (сравниваемого) лекарства S_ст, выраженное в процентах носит название фармацевтической доступности (СФД):

В биофармацевтическом эксперименте убедительно доказано, что отношение площадей под кривыми кинетики высвобождения является степенью полноты высвобождения.

В практике имеет место весьма частая, хотя и не обязательная, корреляция между скоростью растворения (высвобождения в растворяющую среду) препарата и степенью его биологической доступности. Тест растворения в первом приближении характеризует биологическую доступность и весьма широко применяется при оценке качества различного типа таблеток, желатиновых капсул, спансул, суппозиториев.

Впервые тест “Растворение” (общие положения разработаны и внесены в Фармакопею США ХVIII. В последних изданиях Фармакопей США (ХХ, ХХI, ХХII и др.) тербования теста индивидуализированы и отражены в частных статьях. Опыт США и других зарубежных стран показывает, что необходима индивидуализация тестов “Растворение”, так как для каждого препарата нужны свои условия максимального перехода в раствор. В Фармакопею США ХХII кроме теста “Растворение” введен тест “Высвобождение”, предназначенный для пролонгированных лекарственных форм и трансдермальных систем. В Германии тест “Высвобождение” введен в нормативную документацию на суппозитории и мази.

Для разработки индивидуальных тестов “Растворение” необходимо провести исследования по сравнительной оценке методов корреляции опытов in vivo и in vitro. Сейчас используются графический и корреляционный методы, с помощью которых не всегда можно установить, какое количество высвободившегося вещества коррелирует с его терапевтической концентрацией. При исследовании целесообразно использовать для корреляции такие показатели, как среднее время растворения и среднее время всасывания, которые дают высокий коэффициент корреляции. Корреляция указанных показателей требует проведения широкого эксперимента с использованием современных математических, фармакокинетических и физикохимических методов исследования).

Принцип проведения теста «Растворение» заключается в следующем. При проведении этого теста предполагается, что всасывание большинства лекарственных веществ в желудочно-кишечном тракте происходит посредством пассивной диффузии ингредиентов через липофильные мембраны пищеварительного тракта и с некоторым приближением может быть выражено уравнением Фика:

где К – константа диффузии.

Скорость диффузии лекарственного вещества пропорциональна концентрации (количеству) препарата, оказавшегося растворенным в месте всасывания. Поэтому с увеличением количества растворенного препарата возрастает скорость диффузии. В реальных условиях играют роль и некоторые другие факторы, в первую очередь, всасывающая поверхность, степень заполнения кишечной трубки.

Чем интенсивнее будет происходить высвобождение препарата из лекарственного вещества в раствор, тем скорее и полнее лекарственное вещество будет абсорбироваться. Отсюда возникает стремление использовать такие технологические приемы в производстве лекарств, которые способствовали бы более быстрому растворению лекарственного вещества. В связи с этим тесту растворимости и придают такое большое значение при оценке качества таблетированных препаратов.

Методы определения скорости растворения обычно классифицируют исходя из объема среды, ее подвижности, значений рН среды и других физических показателей. Удобнее всего все методы определения скорости растворения подразделять на методы с естественной конвекцией растворяющей среды и с принудительной конвекцией.

Лекарственные формы (таблетки или капсулы) помещают в относительно неподвижный растворитель, перемешивание в котором осуществляется благодаря разности удельных весов. Различают три разновидности этого метода: сольвометрия, метод подвешенной таблетки и метод неподвижного диска (рис. 11).

Методы с искусственной (принудительной) конвекцией растворяющей среды предусматривают постоянный контакт исследуемой лекарственной формы с новыми порциями растворителя. Обычно эти методы подразделяются на: метод Врубле, метод цилиндра (мензурки), метод качающейся трубки, метод вращающегося диска, метод встряхивания, метод Souder и Ellenbogen (рис. 12).

Для оценки растворения используют прибор «вращающаяся корзинка». Основной частью прибора является цилиндрической формы сетчатая корзинка с отверстиями диаметром 0,25 мм, в которую помещают испытуемый образец. Корзинка вращается с среде растворения (объем до 1 л) со скоростью 50-200 об/vин. С помощью термостата поддерживается температура 37°С± 1°С.

Среда растворения – вода, растворы кислоты хлороводородной, буферные среды с различными значениями рН и др. Испытуемый образец (таблетку или капсулу) помещают в сухую корзинку, которую опускают в среду растворения так, чтобы расстояние до дна сосуда было 20±2 мм. Сосуд накрывают крышкой, затем приводят во вращение, режим которого обусловлен в частной статье или составляет 100 об/мин.

Через время, указанное в частных статьях, или через 45 мин. Отбирают пробу раствора, которую фильтруют через фильтр «Владипор» или «Миллипор» с диаметром пор 0,45 мкм. В фильтрате проводят количественное определение действующего вещества.

Для каждой серии лекарственной формы рассчитывают количество вещества, перешедшего в раствор (в % от 100%), как среднее для 5 таблеток или капсул.

Серия считается удовлетворительной, если при растворении в воду перешло за 45 мин. (при режиме перемешивания 100 об/мин) в среднем не менее 75% действующего вещества от содержания в лекарственной форме.

Германская фирма «Эрвека» выпускает прибор, позволяющий одновременно определять растворимость 6 образцов. Он состоит из 6 колб вместимостью 100 мл, помещенных в общую водяную баню. Платформа поддерживает 6 корзинок и их моторчики. Общий мотор приводит в движение корзинки (постоянная скорость их вращения обеспечивается тахометрическим генератором), скорость вращения указывается на циферблате (рис. 13).

Прибор представляет собор аппаратуру с листовой мешалкой. Состоит из цилиндрического сосуда из боросиликатного стекла или другого прозрачного материала со сферическим дном вместимостью 1000 мл. На крышке имеется отверстие для стержня мешалки, на конце которого перпендикулярно к нему крепится смесительный лист-лопасть, имеющий форму ограниченного двумя параллельными линиями кругового сегмента. Смесительный лист проходит через середину стержня таким образом, что его нижний край совпадает с концом стержня. Стержень крепится так, что его ось отклоняется от оси сосуда максимум на 2 мм. Между нижним краем смесительного листа-лопасти и днищем сосуда остается 25 мм (рис. 14).

В условиях возрастающего интереса к моделированию процесса всасывания и высвобождения in vivo большое значение придается так называемым многофазным моделям, которые в зависимости от типа мембранной фазы делятся на мембранные модели и модели распределения.

Мембранные модели предусматривают перенос лекарственного вещества через полупроницаемые мембраны. На этих принципах построены такие приборы, как “Резотест”, “Резомат-1”, “Резомат-2”, стимулятор всасывания “Сарториус” (модель Stricker).

При помощи двухфазных in vitro методов можно изучать растворимость и распределение лекарственного вещества (отношение равновесия и переноса). Прибор “Резомат-1” функционирует по принципу принудительной конвекции растворяющей среды с постоянным удалением из нее растворенного лекарственного вещества (рис. 13).

Так в приборе “Резомат-1” высвобождение лекарственного вещества из исследуемой лекарственной формы в раствор происходит в водной фазе, при постоянно меняющемся значении рН (от 1,2 до 7,8). Этим пытаются имитировать среду желудочно-кишечного тракта. Водная фаза находится в гидростатическом равновесии с липидным растворителем (хлороформ). Слой разделения вода/раствор липида представляет при этом модель липидной мембраны. Высвобождающийся в раствор препарат непрерывно, под действием давления, проникает через специальный фильтрующий материал (туффовый фильтр) и вступает в контакт с липидной фазой. Распределение лекарственого вещества ускоряет быстро вращающийся пограничный слой, что достигается с помощью магнитной мешалки.

В связи с постоянным переходом растворенного препарата из водной фазы в хлороформную водная фаза сохраняет основные динамические свойства, характерные для непрерывного процесса всасывания аналогичного препарата из раствора в желудочно-кишечный тракт. Увеличение концентрации препарата в липидной фазе соответствует приблизительно прогрессирующему всасывавнию и непрерывно или через выбранные интервалы времени определяется спектрофотометрически. При отборе проб раствор постоянно пополняется чистым растворителем.

Соотношение растворимости и распределения при различных значениях рН можно представить на графике как кривую всасывания.

Основным назначением моделей распределения является исследование перехода активного вещества через жидкий барьер между донорной и акцепторной частями, находящийся в контакте с обеими, и не смешивающийся с ними. Здесь предпочтение отдается модели “вращающаяся колба” (Koch) (рис. 16).

В том случае, когда полученные результаты должны использоваться для оценки биологической доступности, необходимо выявить взаимосвязь данных in vitro in vivo, то есть найти корреляцию. Лишь тогда, когда удается получить четкую и вместе с тем достоверную корреляцию in vivo, методика in vitro может быть использована для контроля биодоступности.

Среди трехфазных методов наиболее интересны липидмембранные аппараты, при помощи которых можно определить фармакокинетические свойства лекарственного препарата, их транспортируемость. В аппарате этого типа лекарственное вещество диффундирует из исскуственного желудочного или кишечного сока через искусственную липидную мембрану в искусственную плазму.

В качестве моделей липидного барьера могут использоваться неполярные жидкости (хлороформ, пентан, гексан, гексиловый и октиловый спирты, бензол, толуол, циклогексан). В аппаратах с жидкой мембраной две водные фазы соединяются друг с другом через органическую жидкость. При этом интенсивность переноса вещества определяется коэффициентом распределения вещества в системе липид – раствор лекарственного вещества в искусственном желудочном или кишечном соке.

Прибор “Сарториус” представляет собой установку, включающую две модели, которые позволяют изучать скорость растворения и скорость всасывания твердых лекарственных веществ и устанавливать зависимость скорости всасывания от свойств растворимости твердого лекарственного вещества в желудочно-кишечном тракте.

1. Модель по определению растворимости. Модель по определению растворимости обеспечивает проведение исследований в условиях, которые близко моделируют условия прохождения лекарственного вещества из желудка в кишечник. Для этого желудочный сок (рН 1,2), находящийся в камере растворения через 30 минут превращают в искусственный кишечный сок (рН 6,5).

Во время испытания камера вращается вокруг горизонтальной оси, имитируя, таким образом, перистальтическое движение желудка и кишечника. По мере растворения лекарственного вещества, определенный объем содержимого камеры для растворения через определенные промежутки времени автоматически проталкивается из камеры на фильтр. С помощью шприца эти порции переносятся в коллектор для сбора фракций или в тодельную емкость. Таким образом моделируется эффект всасывания: коллектор в данном случае аналогичен плазме. Объем жидкости в камере растворения во время испытания остается постоянным (100мл), убыль объема при отборе проб восполняется за счет буферного раствора.

2. Модель всасывания. Модель всасывания состоит из диффузионной камеры с двумя отсеками, разделенными посредством особого липидного барьера. В один из отсеков помещается 100мл искусственного желудочного или кишечного сока, в которых испытуемое вещество растворяется, а в другой 100 мл искусственной плазмы (рН 7,5). Барьер липида (двух типов) состоит из инертной основы (мембранный фильтр “Сарториус”), поры которой наполнены жидкой липидной фазой. Важной чертой прибора “Сарториус” является то, что барьер липида имеет проницаемость желудочных и кишечных стенок. В ходе диффузии лекарственного вещества в искусственную плазму определяют константу скорости диффузии, которая явялется прямо пропорциональной соответствующей константе скорости всасывания.

Полуавтоматический принцип действия прибора “Сарториус” позволяет использовать его для контроля качества лекарств. Он может быть полезным при разработке технологии твердых лекарственных форм (таблетки, гранулы, порошки, суспензии), так как обеспечивает информацией о том, как изменяется скорость высвобождения лекарственного вещества из лекарственной формы в зависимости от фармацевтических факторов, и как это влияет на скорость всасывания.

В качестве диализной мембраны используют пленки из натуральных или полимерных материалов (переживающая кожа животных, стенка желудка и кишки, яичная оболочка, целлофан, поливинилхлорид, пленки из ацетата целлюлозы, полиамида и др.) В качестве среды, в которую диализируется вещество, можно использовать воду, физраствор, раствор Рингера и др.) Процесс обычно ведется в термостате при 37°C. Диализную трубку длиной 15 см, сечением 10 см², на одном конце которой закреплена целлофановая мембрана, опускают на глубину 2-3 мм в термостатированный сосуд (химический стакан (250мл), содержащий 30 мл очищенной воды (или другой среды). После достижения температуры 37±0,5°С на целлофановую мембрану опускают или равномерно наносят исследуемую лекарственную форму. Отбор проб диализата в каждом случае производят с помощью пипетки через равные интервалы времени. Взятые пробы анализируют химическими или физикохимическими методами.

По этому методу используется способность полного перехода высвобождающегося в водной фазе препарата в органический растворитель, образующий один слой в приборе. Вода, раствор соляной кислоты, физраствор и др. образуют другой слой.

Пробу лекарственной формы помещают в водной фазе. Переход препарата в гидрофобную фазу осуществляется как естественной конвекцией, так и при периодическом взбалтывании. Через заданный промежуток времени (30-120 мин.) воду сливают, а в органическом растворителе опрелеляют содержание препарата.

Для проведения испытания готовят чашки Петри с агаровым или желатиновым гелем с вырезанными лунками (диаметр 8 мм). В лунки вносят исследуемые образцы лекарственных форм. Степень высвобождения препарата из лекарственной формы фиксируется по радиусу окрашенной зоны, которая образуется при взаимодействии преперата со специально подобранным индикатором. Индикатор вводится либо в процессе приготовления геля, либо наносится разбрызгиванием на поверхность чашки через определенное время контакта геля с лекарственной формой.

Кроме названных методов для мягких лекарственных форм используются также методы окрашенных комплексов и метод микроскопии.

К биофармацевтическим методам оценки качества твердых лекарственных форм относятся: скорость растворения и биологическая доступность.

Скорость растворения определяется согласно новой ОФС 42-0003-04 «Растворение», введенной взамен ОФС 42-0003-00. Новая ОФС "Растворение" составлена с учетом опыта работы по действующей статье, результатам экспериментальных исследований, последних изданий ведущих зарубежных Фармакопей, включая Европейскую (Ph. Eur.), Государственной Фармакопеи Украины (ГФУ), замечаний и предложений со стороны заводов и фармацевтических комиссий Фармакопейного комитета.

Изменения (по сравнению со старой ОФС42-0003-00), которые носят принципиальный характер.

Общие положения:

Аппараты.

Дополнительно к приборам "Вращающаяся корзинка" и "Лопастная мешалка" , указанным в старой статье ОФС 42-0003-00, добавляется прибор «Проточная ячейка».

Среда растворения

В качестве среды растворения могут применяться: вода очищенная; 0,1 М раствор кислоты хлористоводородной; буферные растворы с рН 6,8-7,6; другие растворы, указанные в частных фармакопейных статьях. Помимо водных растворов в отдельных случаях могут быть использованы водные растворы с добавлением ферментов (то же самое имеется и в фармакопеях Европейской, США, Англии, Украины). Уточнен объем среды растворения 900 мл, но не менее 500 мл, если нет других указаний в частной фармакопейной статье. Температура среды растворения должна быть 37˚С ± 0,5˚С на протяжении всего исследования.

Скорость вращения

Указывается скорость вращения 100 об/мин для аппарата «вращающаяся корзинка» и 50 об/мин для аппарата «лопастная мешалка».

Время отбора проб

Для каждой из трех групп лекарственных препаратов указывается свое время отбора проб.

Для первой группы (таблетки; таблетки, покрытые оболочкой; капсулы) - один нормируемый временной интервал (45 мин.)

Для второй группы (таблетки, покрытые кишечно-растворимой оболочкой; кишечно-растворимые капсулы и другие кишечно-растворимые твердые дозированные лекарственные формы) - два отдельных нормируемых временных интервала (кислотная стадия через 120 мин и щелочная через 45 мин).

Для третьей группы (таблетки и капсулы с модифицированным высвобождением) - не менее трех временных интервалов.

Аналитический метод определения лекарственных веществ должен быть указан в частной статье. В этот же раздел вводится понятие "суммарная проба", когда определение растворения невозможно из одной единицы лекарственной формы и определение растворения из многокомпонентных лекарственных форм производится по наименее растворимому лекарственному веществу.

Методика проведения испытаний

Дополнительно проводятся одна из двух методик проведения испытания для второй группы лекарственных препаратов (две стадии: 1- кислотная, 2- щелочная) и по "суммарной пробе". Для третьей группы препаратов методика проведения испытания должна быть указана в частной статье.

Интерпретация результатов

В этом разделе значительные изменения:

Во-первых, изменено количество образцов - берется 6 и если один результат не соответствует норме, то испытания повторяют еще на 6 единицах, которые все должны выдерживать требования. Расчет для серии ведется как среднее из 12 определений.

Во-вторых, ранее расчет количества, перешедшего в раствор лекарственного вещества, проводился от количественного содержания его в лекарственной форме, принятого за 100%, в новой - от содержания указанного на этикетке (это избавляет от учета допустимых отклонений при количественном определении и определении однородности содержания).

В-третьих, норма растворения 70% , (а не 75%) за 45 минут. Что особенно важно, требование 70% должно выдерживаться для каждой таблетки или капсулы. Время 45 минут считается вполне приемлемым для большинства препаратов обычного (немодифицированного) растворения. Эти нормы указаны и в фармакопеях США, Англии, Европейской.

При проведении испытания "суммарной пробы" из 6 таблеток или капсул количество лекарственного вещества, перешедшего в раствор, должно соответствовать нормируемому количеству в частной статье с избытком 10%.

Испытание желудочно-резистентных таблеток проводят на 6 единицах лекарственной формы для каждой стадии.

При проведении испытания таблеток с модифицированным растворением (высвобождением) должны учитываться результаты растворения, полученные не менее чем для трех временных интервалов.

Биологическая доступность - это степень и скорость, с которой лекарственное вещество из лекарственной формы всасывается в кровь. Она определяется после одноразового или многоразового приема лекарственной формы. Рассчитываются следующие показатели: максимальная концентрация лекарственного вещества в крови, время ее достижения, площадь на графике под кривой "концентрация-время" и степень биологической доступности. Последний показатель представляет собой отношение площади под кривой "концентрация-время" стандартной лекарственной формы и площади под кривой "концентрация-время" испытуемой лекарственной формы.

Требования по оценке качества лекарственных форм, и в частности, таблеток, отражены в отраслевом стандарте 91500.05.001-00 "Стандарты качества лекарственных средств. Основные положения", утвержденном Приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации № 388 от 01.11.2001.

Методика определения биологической доступности указана в Руководстве по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ, Москва 2000 г.

В случае подтверждения постоянства качества твердых дозированных лекарственных форм при изменениях в процессе их производства наряду с данными изучения стабильности и биоэквивалентности in vivo (при необходимости в контролирующие органы представляются данные о высвобождении лекарственного вещества (ЛВ) in vitro из лекарственной формы (ЛФ). Результаты высвобождения in vitro должны свидетельствовать о сопоставимости профилей растворения измененной серии лекарственных средств (ЛС) по сравнению со стандартной, произведенной накануне выпуска серии, подвергнутой изменению.

Изменения, которые в той или иной степени могут повлиять на качество ЛС, подразделяются FDA на 3 категории.

Изменения 1-й категории не отражаются на качестве и эффективности действия ЛС, например, исключение из состава красителей, ароматизаторов, изменение количественного состава вспомогательных веществ (ВВ) от ±0,5 до ±5 % от общей массы ЛС и др.

Изменения 2-й категории могут повлиять на качество и эффективность действия ЛС, например, замена ВВ определенной категории чистоты на то же ВВ иной категории чистоты, изменение количественного состава наполнителей до ±10 % и др.

Изменения 3-й категории могут оказать существенное влияние на качество и эффективность действия ЛС; включают изменения качественного и количественного состава ЛС с узким диапазоном терапевтического действия, введение в состав ВВ с низкой растворимостью и проницаемостью и др.

Для изменения 1-й категории достаточно подтверждения установленных ранее требований к качеству ЛС и его стабильности. Изменения 2-й и 3-й категории требуют проведения испытания «Растворение» в различных условиях в зависимости от физико-химических свойств ЛВ, входящих в состав ЛФ.

Растворение in vitro неоценимо для понимания механизиов высвобождения ЛС. Другой главный инструмент испытания растворения – контроль качества, при этом важно использовать модель-независимые методы, учитывая, конечно, вышеупомянутые ограничения.

Транспорт ЛС внутри фармацевтических систем и высвобождение ЛВ из ЛФ – многоэтапный процесс, обусловленный различными физическими или химическими явлениями, что затрудняет (иногда делает невозможным) получение правильной математической модели, точно описывающей физико-химические процессы. Если высвобождение происходит в результате простого явления или когда последнее обуславливает другие процессы и является по сути ограничивающим скорость этапом, такие модели достаточно точно описывают высвобождение ЛС из фармацевтических систем .

Характеристики моделей, описывающих процесс высвобождения ЛВ из ЛФ, приведены нами ранее. Широкое признание получили следующие модели: Higuchi, кинетика нулевого порядка; Weibull; Korsmeyer-Peppas. Модели Higuchi и нулевого порядка представляют 2 предельных случая в транспорте и явлениях высвобождения ЛВ, а модель Korsmeyer-Peppas может быть параметром выбора между этими моделями. В то время, как модель Higuchi применима к полимерным матричным системам, модель нулевого порядка – идеальна при описании дозированных ЛФ, покрытых оболочкой. В настоящее время в связи с увеличением на отечественном фармацевтическом рынке доли воспроизведенных лекарственных средств (ЛС) все большую актуальность приобретает проблема подтверждения их эффективности и безопасности путем сравнения со стандартом, которым является оригинальный препарат, выпускаемый компанией (предприятием) - изготовителем согласно патентного права на лицензию и эксклюзивную технологию его производства . Основное требование Комитета экспертов ВОЗ к воспроизведенным ЛС (дженерикам, многоисточниковым лекарственным средствам) — их терапевтическая, фармакокинетическая и фармацевтическая эквивалентность исходным препаратам, которая оценивается несколькими методами, в том числе определением растворения in vitro.

В руководстве FDA и текущем издании Европейской фармакопеи указывается, что характеристики растворения in vitro устанавливаются с целью подтверждения постоянства качества ЛС от серии к серии и для того, чтобы предотвратить потенциальные проблемы с биодоступностью в опытах in vivo. Критерии растворения in vitro должны основываться на результатах анализа биоэквивалентных серий, прошедших клинические испытания, а также на экспериментальных данных, полученных в процессе разработки ЛС. Характеристики растворения дженериков и соответствующих им оригинальных ЛС должны быть сопоставимы, причем оригинальное ЛС принимается за стандарт.

Процессы растворения in vitro должны изучаться как при разработке новых составов, так и при контроле качества ЛС при промышленном производстве, так как трудно установить, какие свойства лекарственных веществ (ЛВ) и какие параметры производства являются критическими .

С ростом числа дженериков на российском рынке все более актуальной становится проблема взаимозаменяемости фармацевтических продуктов, поскольку фармацевтическая эквивалентность (т.е. одинаковые дозировки одних и тех же действующих веществ (ДВ) в одной и той же лекарственной форме (ЛФ), а также адекватность соответствующим стандартам) не обязательно означает терапевтическую эквивалентность. Например, исследования профилей растворения таблеток верапамила гидрохлорида 6 производителей наглядно показывают, что на отечественный рынок поступают препараты с различной биологической доступностью.

Количественная оценка результатов, полученных в испытаниях «Растворение», осуществляется с помощью математических формул, которые выражают растворение как функцию некоторых характеристик дозированных ЛФ. Однако, как показывает опыт, до настоящего времени унифицированный подход к теоретическому обоснованию процесса растворения in vitro отсутствует.

Диапазон существующих на настоящий момент математических моделей, описывающих процессы высвобождения ЛВ из ЛФ, достаточно широк и включает в себя следующие:

1. Кинетика нулевого порядка

Растворение ЛВ из дозированных ЛФ, которые не разрушаются на составные части и медленно высвобождают ЛВ, может быть представлено следующим уравнением:

W₀ − W_t = K_t, (1)

Преобразовывая это выражение, получают уравнение:

f_t = K₀t, (2)

где К – коэффициент пропорциональности,

f_t = 1 – (W_t/W₀) и f_t представляет долю ЛВ, растворенного за время t,

W₀ – начальное количество ЛВ в дозированной форме,

W_t – количество ЛВ в дозированной форме в момент времени t,

K₀ – константа скорости растворения или константа высвобождения нулевого порядка.

Таким образом, графическая зависимость доли растворенного ЛВ относительно времени будет линейна, если были выполнены предварительно установленные условия. Это соотношение может использоваться для описания высвобождения ЛВ из нескольких типов дозированных ЛФ модифицированного высвобождения: 1) некоторых трансдермальных систем; 2) матричных таблеток с малорастворимыми ЛВ; 3) ЛФ, покрытых оболочкой; 4) осмотических систем и т.д. Дозированные ЛФ, соответствующие этому профилю, высвобождают одно и то же количество ЛВ за единицу времени, и это — идеальный метод высвобождения ЛВ с целью достижения фармакологического пролонгированного действия.

2. Кинетика первого порядка

Явления растворения твердой частицы в жидких средах подразумевают поверхностно-активное действие, которое учитывает уравнение Noyes-Whitney:

где С – концентрация растворенного вещества в момент времени t,

C_S – растворимость в равновесии при температуре опыта,

К – константа пропорциональности первого порядка,

где К₁ – новая константа пропорциональности.

Используя первый закон Фика (Fick), можно установить следующее соотношение для константы К₁ учитывающей процесс диффузии растворяющегося вещества (D — коэффициент диффузии растворяющегося вещества в среде растворения), объем растворения (V) и ширину слоя диффузии (h):

Преобразовывая уравнение (4), получают:

где K = K₁S

Следующее соотношение может также выражать эту модель:

где Q_t — количество ЛВ, высвободившегося за время t,

Q_o — начальное количество ЛВ в растворе ,

K₁ — константа высвобождения первого порядка.

Таким образом, график зависимости десятичного логарифма количества высвободившегося ЛВ от времени будет линеен. Дозированные ЛФ, отвечающие этому профилю растворения, такие как содержащие водорастворимые ЛВ в пористых матрицах, высвобождают путем, пропорциональным количеству ЛВ, остающегося внутри матрицы.

3. Модель Weibull

Эта модель может быть успешно применена почти ко всем видам кривых растворения и наиболее часто используется в подобного рода исследованиях. В этом случае уравнение Weibull выражает долю растворившегося ЛВ (m), в растворе во время t:

В этом уравнении параметр масштаба а определяет шкалу времени процесса. Параметр размещения Ti представляет собой время запаздывания (отставания) перед началом процесса растворения или высвобождения и в большинстве случаев будет равен нулю. Коэффициент формы b характеризует кривую или как экспоненциальную (b = 1) сигмоидальную кривую, S-образную с кривизной (изгибом), направленной вверх, или как параболическую кривую, с более высоким начальным уклоном и после этого совместимую с экспоненциальной (b < 1).

Поскольку это эмпирическая модель, не выводимая из какой-либо кинетической основы, она характеризуется рядом неточностей: адекватно не описывает кинетические параметры растворения ЛВ, не имеет какого-либо параметра, связанного с индивидуальной скоростью растворения того или иного ЛВ, имеет ограниченное использование для установления корреляций in vivo/in vitro.

4. Модель Higuchi

Higuchi были получены математические выражения для частиц ЛВ, рассредоточенных в однородной матрице, ведущей себя как диффузионная среда. Для изучения растворения из плоскостной системы, имеющей гомогенную матрицу, было получено следующее соотношение:

где Q – количество ЛВ, высвободившегося в момент времени t на единицу площади,

С – начальная концентрация ЛВ,

C_s – растворимость ЛВ в среде матрицы,

D – диффузность молекул ЛВ (коэффициент диффузии) в веществе матрицы.

Это соотношение было сначала предложено Higuchi для описания растворения ЛВ в суспензии из мазевых основ, но может быть применимо и для других дозированных ЛФ.

Для изучения растворения из плоской разнородной матричной системы, где концентрация ЛВ в матрице более низкая, чем его растворимость, и высвобождение происходит через поры в матрице, было получено следующее соотношение:

где Q – количество ЛВ, выпущенного за время t поверхностной единицей,

С – исходная концентрация ЛВ,

έ – пористость матрицы,

τ – фактор извилистости капиллярной системы,

C_S – растворимость ЛВ в матрице/средах наполнителя,

D – коэффициент диффузии молекул ЛВ в той же жидкости.

Эти модели предполагают, что используемые системы не являются поверхностью, покрытой оболочкой, и что их матрицы подвергаются существенному изменению в присутствии воды.

Для случая, в котором ЛВ растворяется из насыщенного раствора (где Со — концентрация раствора), рассредоточенного в пористой матрице могут использоваться модели, выраженные уравнениями:

где Q = количество ЛВ, высвободившегося в момент времени t,

K₁ - константа растворения,

G₁, G₂ и G₃ – факторы формы.

Данные матрицы из-за их пористости обычно имеют непрерывные каналы, позволяющие, с одной стороны, увеличить их стойкость к механическим воздействиям (первая пороговая величина проникновения), а с другой – высвобождать все количество ЛВ (вторая пороговая величина проникновения). Эти характеристики позволяют применить теорию проникновения, преобразовав уравнение (12) в (13):

где φ– объем, доступный для среды растворения повсюду в сетевых каналах,

D_β – коэффициент диффузии сквозь эти каналы, d – плотность ЛВ.

В общем виде модель Higuchi можно представить (упрощенная модель Higuchi ) так:

где К_Н – константа растворения Higuchi.

Higuchi описывает растворение ЛВ как процесс диффузии, основанный на законе Фика (зависимость от квадратного корня времени). Это отношение может использоваться для описания растворения ЛВ из нескольких типов дозированных ЛФ с модифицированным высвобождением, как в случае некоторых трансдермальных систем и матричных таблеток с водорастворимыми ЛВ.

5. Модель Hixson — Crowell

Hixson и Crowell, признавая, что правильная площадь частицы является пропорциональной кубическому корню ее объема, получили уравнение, которое может быть описано следующим способом:

где W₀ – начальное количество ЛС в дозированной ЛФ,

W_t – остающееся количество ЛС в дозированной форме во время t,

K_S – константа, включающая в себя отношение поверхность/объем.

Это выражение применяется к дозированным ЛФ, например таблеткам, в которых растворение происходит в плоскостях, параллельных поверхности Л С, причем размеры таблетки уменьшаются пропорционально, так что начальная геометрическая ЛФ все время сохраняется постоянной. Уравнение (15) можно переписать так:

для числа N частиц,

где К′ - константа, связанная с поверхностью, формой и плотностью частицы,

D – коэффициент диффузии,

C_S - растворимость в равновесии при температуре опыта,

δ – толщина диффузионного слоя.

Эта модель использовалась для описания профиля высвобождения с учетом уменьшения поверхности частиц ЛВ в процессе растворения.

6. Модель Korsmeyer — Peppas

Это простая, полуэмпирическая модель, связывающая отношение высвобождения ЛВ к времени t экспоненциальной зависимостью:

где а – константа, включающая в себя структурные и геометрические характеристики дозированной ЛФ,

n – экспонента высвобождения, показывающая механизм высвобождения ЛС, функция t является М_t / M_∞ (дробное высвобождение ЛС).

Если диффузия является главным механизмом высвобождения ЛВ, то график, представляющий собой зависимость высвободившегося количества ЛВ относительно квадратного корня времени, должен начинаться прямой линией. В некоторых экспериментальных условиях механизм высвобождения отклоняется от уравнения Фика, следуя аномальному режиму. В этих случаях может использоваться более универсальное уравнение:

Чтобы использовать это уравнение, также необходимо, чтобы высвобождение происходило одномерным способом и чтобы отношение ширины и толщины или длины и толщины системы было равно по меньшей мере 10. Вообще эта модель используется для анализа высвобождения ЛВ из фармацевтических полимерных дозированных форм, когда механизм высвобождения недостаточно известен или когда в процесс вовлечены несколько типов явлений высвобождения.

7. Модель Baker – Lonsdale

Эта модель разработана на основе модели Higuchi и описывает управляемое высвобождение ЛВ из сферической матрицы, представляемое следующим выражением:

где М_t – высвобожденное количество ЛВ во время t,

M_∞ - количество ЛВ, высвободившегося за бесконечное время,

D_m – коэффициент диффузии,

С_ms – растворимость ЛВ в матрице,

r₀ – радиус сферической матрицы,

С₀ – исходная концентрация ЛВ в матрице.

Если матрица не гомогенна и представляет собой трещины или капилляры, которые могут способствовать высвобождению ЛВ, используют следующее уравнение:

где D_f – коэффициент диффузии, С _fс – растворимость ЛВ в жидкости, окружающей матрицу, τ – фактор извитости капиллярной системы, ε – пористость матрицы.

Это уравнение использовалось для линеаризации данных высвобождения ЛВ из нескольких составов микрокапсул или микросфер.

8. Модель Hopfenberg

Hopfenberg разработал общее математическое уравнение, описывающее высвобождение ЛВ из плиток, сфер и бесконечных цилиндров, отображающих разнородную эрозию:

где М_t – количество ЛС, растворенного во время t, M_∞ - общая сумма растворенного ЛС, когда дозированная ЛФ истощена, М_t/M_∞ - доля растворившегося ЛВ, k₀ – константа скорости эрозии, С₀ – исходная концентрация ЛВ в матрице, а₀ – начальный радиус для сферы или цилиндра или половина толщины для плитки.

Значение n составляет 1, 2 и 3 для плитки, цилиндра и соответственно. Измененная модель этой ЛФ была разработана El-Arini и Leuenberger для того, чтобы учесть время запаздывания (1) в начале высвобождения ЛС из дозированной формы:

где k₁ равно k₀/ С₀ а₀.

Эта модель предполагает, что скорость высвобождения Л В может быть ограничена эрозией матрицы.

9. Другие параметры высвобождения

Другие параметры, используемые для характеристики профиля растворения ЛВ:

где у — процент ЛС, растворенного на момент времени t.

Таким образом, многообразие существующих в настоящее время математических моделей позволяет по результатам испытания «Растворение» судить о биоэквивалентности ЛС. Количественная интерпретация значений, полученных в испытании «Растворение», облегчена использованием универсального уравнения, которое математически преобразовывает кривую растворения в функцию определенных параметров, связанных с дозированными ЛФ.

Существующие компьютерные программы позволяют быстро проводить анализ профилей растворения-высвобождения и выбирать модель, которая точнее воспроизводит этот процесс.