Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 10
1.1 Современное состояние исследований по созданию лекарственных препаратов и БАД, содержащих кальций 10
1.2 Современное состояние исследований по созданию лекарственных препаратов и БАД на основе кислоты янтарной 16
1.3 Способы получения солей кислоты янтарной 20
1.4 Использование кальция сукцината в медицинских и лечебно-профилактических целях 21
1.5 Использование скорлупы куриных яиц в медицинской практике 23
1.6 Сиропы как лекарственная форма 26
1.7 Способы повышения растворимости солей 33
Заключение по обзору литературы 36
Собственные исследования ". 37
Глава 2 Разработка способов получения кальция сукцината и комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы 37
2.1 Обсуждение результатов 37
2.1.1 Разработка способа получения кальция сукцината 37
2.1.2 Изучение состава полученного кальция сукцината 43
2.1.3 Разработка норм качества полученной субстанции кальция сукцината 44
2.1.4 Определение срока годности полученного кальция сукцината 46
2.1.5 Разработка способа получения комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы 49
2.1.6 Изучение состава минерального комплекса 57
2.1.7 Разработка норм качества минерального комплекса 59
2.1.8 Определение срока годности минерального комплекса 61
2.2 Экспериментальная часть 64
Выводы 72
Глава 3 Изучение способа повышения растворимости кальция сукцината...73
3.1 Обсуждение результатов 73
3.1.1 Теоретическое обоснование возможности взаимодействия кальция сукцината с сорбитом 73
3.1.2 Изучение растворимости кальциевых солей в присутствии сорбита 81
3.1.3 Изучение зависимости растворимости кальция сукцината от температуры 86
3.2 Экспериментальная часть 88
Выводы 90
Глава 4 Разработка технологии сиропов на основе кальция сукцината и минерального комплекса яичной скорлупы 91
4.1 Обсуждение результатов 91
4.1.1 Выбор оптимального состава сиропов 91
4.1.2 Разработка норм качества сиропов 96
4.1.3 Определение срока годности сиропов 100
4.1.4 Валидационная оценка методики количественного определения кальция сукцината в сиропе 102
4.2 Экспериментальная часть 106
Выводы
Глава 5 Сравнительное изучение фармакологической активности разработанных сиропов 111
5.1 Обсуждение результатов 111
5.1.1 Изучение острой токсичности 111
5.1.2 Изучение фармакокинетики сиропов 112
5.1.3 Изучение противовоспалительной активности при моделировании острого воспаления 114
5.1.4 Изучение противовоспалительной активности при моделировании хронического воспаления 115
5.2 Экспериментальная часть 117
Выводы 122
Общие выводы 123
Список литературы 125
Приложение 147
- Разработка способа получения кальция сукцината
- Теоретическое обоснование возможности взаимодействия кальция сукцината с сорбитом
- Выбор оптимального состава сиропов
Введение к работе
В настоящее время в фармацевтической практике применяется значительное количество кальцийсодержащих лекарственных препаратов и биологически активных добавок к пище. Они характеризуются широким спектром фармакологического действия и используются для профилактики и лечения ряда патологических состояний организма. Общеизвестна значимость лекарственных препаратов кальция в педиатрической и гериатрической практике.
Кальций применяется в виде таких солей как глюконат, лактат, хлорид и др. Особенно благоприятным действием на метаболические процессы характеризуются органические соли кальция - цитрат, малат, сукцинат, участвующие в цикле Кребса.
В качестве источников кальция для применения в лечебных и профилактических целях наряду с соединениями, полученными химическим синтезом, используется также ряд природных объектов (кораллы, раковины моллюсков, скорлупа яиц и др.). Однако наибольшего внимания заслуживает скорлупа куриных яиц ввиду практически неограниченных ресурсов исходного сырья, являющегося побочным продуктом пищевой промышленности. Она содержит ряд макро- и микроэлементов, усиливающих биологическое действие ионов кальция, и представленных преимущественно карбонатами.
Как показали исследования, кальций лучше усваивается в виде солей с органическими кислотами по сравнению с неорганическими солями. Поэтому актуальной является разработка способа получения минерального комплекса яичной скорлупы в виде солей органических кислот, в частности, янтарной.
Как известно, кислота янтарная играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах организма. Особо следует отметить наиболее важные - антигипоксическое и антиоксидантное действия, благодаря
которым опосредованно реализуются остальные фармакологические эффекты, позволяющие уменьшить интенсивность патологических процессов.
Известно, что в педиатрической практике широко используются сиропы, содержащие различные лекарственные вещества. Следует отметить, что ассортимент детских корригированных лекарственных препаратов кальция весьма ограничен. Отсутствует информация по использованию яичной скорлупы в качестве источника кальция для получения солей органических кислот (сукцинатов, цитратов и др.). Приведенные данные позволяют сделать заключение о перспективности проведения исследований в данном направлении.
Цели и задачи исследования
Разработка технологии и стандартизация сиропов кальция сукцината и комплекса сукцинатов на основе компонентов яичной скорлупы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать технологически доступные и экономичные способы получения сукцинатов кальция и водорастворимого комплекса макро-и микроэлементов яичной скорлупы;
теоретически и экспериментально обосновать выбор вспомогательного вещества, позволяющего повысить растворимость кальция сукцината в водных растворах;
разработать технологию сиропов на основе полученных сукцинатов с учетом полученных данных по увеличению их растворимости;
осуществить предварительные фармакологические исследования кальция сукцината, комплекса макро- и микроэлементов яичной скорлупы, а также сиропов на их основе.
Научная новизна
На основании изучения оптимальных условий взаимодействия натрия сукцината с кальция хлоридом разработан новый более экономичный способ получения кальция сукцината, отличающийся тем, что наибольший выход достигается при температуре 20С с последующей кристаллизацией целевого продукта из реакционной среды. Новизна предложенного способа подтверждена патентом РФ №2290395;
впервые разработан способ получения водорастворимого комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов, основанный на реакции нейтрализации порошка яичной скорлупы кислотой янтарной в водной среде с последующим фильтрованием и упариванием раствора (положительное решение о выдаче патента по заявке 2006105981/13(006476));
впервые экспериментально подтверждена возможность повышения растворимости кальция сукцината, а также кальция малата и цитрата в системах с сорбитом (положительное решение о выдаче патента по заявке 2006114252/15(015496));
показано, что увеличению биодоступности кальция в жидких лекарственных формах (сиропах) способствуют его использование в виде сукцината, а также введение вспомогательного вещества -сорбита, обеспечивающего солюбилизацию кальция сукцината и одновременно являющегося корригентом;
в опытах на животных показан синергический эффект ионов кальция и сукцината на модели хронического воспаления.
Практическая значимость работы
Разработан новый способ получения кальция сукцината. Показана
перспективность его использования в промышленном производстве
лекарственных препаратов;
получен водорастворимый комплекс сукцинатов макро- и микроэлементов на основе компонентов яичной скорлупы, отличающийся высокой биодоступностью;
предложен состав и технология сиропов кальция сукцината и комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы на основании результатов технологических и фармакологических исследований. Разработаны ТУ и ТИ на БАД к пище «Сироп кальция сукцината 2,5%» и «Сироп комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы 2,5%»;
установленное солюбилизирующее действие сорбита по отношению к кальция сукцинату, малату и цитрату имеет практическое значение для создания жидких лекарственных форм на их основе, а также композиций с повышенным содержанием действующего вещества.
Внедрение результатов исследования в практику
Технические условия и Технологические инструкции на производство БАД к пище «Сироп кальция сукцината 2,5%» и «Сироп комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы 2,5%» прошли апробацию на ЗАО «Ростовская фармацевтическая фабрика».
Апробация и публикация результатов исследования
Основные положения диссертационной работы представлены на ежегодных научных конференциях ГОУ ВПО Пятигорской ГФА Росздрава (Пятигорск, 2006 и 2007 г.). По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе патент и 2 положительных решения о выдаче патентов.
Связь задач исследования с проблемами фармацевтических наук
Диссертационная работа выполнена по плану научно-исследовательских работ Пятигорской государственной фармацевтической академии (номер государственной регистрации 01.20.0215436).
Основные положения, выносимые на защиту
Результаты экспериментальных исследований по разработке способа получения кальция сукцината.
Результаты экспериментальных исследований по разработке способа получения водорастворимого комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы.
Обоснование возможности увеличения растворимости кальция сукцината в системах с сорбитом и результаты его экспериментального подтверждения.
Результаты технологических исследований по разработке сиропов на основе кальция сукцината и комплекса сукцинатов макро- и микроэлементов яичной скорлупы.
Результаты фармакологических исследований субстанций кальция сукцината и водорастворимого комплекса макро- и микроэлементов яичной скорлупы и разработанных сиропов.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа изложена на 146 страницах печатного текста, содержит 40 таблиц и 21 рисунок, состоит из введения, обзора литературы (1 глава), собственных исследований (4 главы), общих выводов, списка литературы, включающего 214 источников, из которых 125 на иностранных языках, и приложения.
Разработка способа получения кальция сукцината
Известные в настоящее время способы получения КС характеризуются существенными недостатками, обусловленными длительным нагреванием реакционной смеси, выделением целевого продукта выпариванием раствора, или использованием горячего спирта этилового для осаждения соли. В связи с этим обстоятельством мы сочли целесообразным разработать более совершенный способ получения КС, лишенный указанных недостатков.
На начальном этапе исследования представлялось целесообразным теоретически обосновать выбор реагентов для осуществления обменного вз аимод ействия.
Возможны два пути получения КС:
взаимодействием КЯ с кальция хлоридом;
реакцией обмена между солями - натрия (калия) сукцинатом и кальция хлоридом.
Вести процесс по первому пути нерационально, поскольку элементарные расчеты свидетельствуют о том, что константа равновесия
реакции К 5,9-10 9. Следовательно, реакция обратима и для смещения равновесия вправо необходимо либо нейтрализовать выделяющийся хлороводород, либо удалять из реакционной среды образующийся КС. И то, и другое нежелательно, поскольку усложняет технологический процесс.
В связи с этим, была изучена возможность получения КС с помощью обменной реакции между кальция хлоридом и натрия сукцинатом. Последний образуется непосредственно в реакционной среде, что показано на рисунке 5.
Расчет константы равновесия взаимодействия натрия сукцината с кальция хлоридом (К 1,6-10 ) указывает на преимущественное протекание прямой реакции. В этой связи, все последующие эксперименты были осуществлены с учетом особенностей рассмотренной реакции.
Следует отметить, что нами вместо калия гидроксида, рекомендуемого Ikhuoria [157], для нейтрализации КЯ был выбран натрия гидроксид. Ионный радиус натрия 0,095 нм, что значительно ближе ионному радиусу кальция -0,099 нм (ионный радиус калия 0,133 нм). Известно, что ионы щелочных металлов, а также Са2+, Ва2+, Sr2+ характеризуются низким ионным потенциалом и для того, чтобы предотвратить смещение равновесия в сторону процесса гидролиза, более целесообразно добавление натрия гидроксида. Этот факт нами подтвержден экспериментально в процессе поиска оптимальных условий реакции. С этой целью изучен выход целевого продукта в зависимости от концентрации реагирующих веществ, температуры и времени кристаллизации.
Для предотвращения потерь целевого продукта необходимо использовать растворы исходных веществ высокой концентрации, а для промывания брать минимальное количество воды, достаточное для очистки от примесей. В связи с этим, для дальнейших экспериментов использовался раствор кальция хлорида с концентрацией 50%. Была изучена зависимость выхода КС от концентрации раствора натрия гидроксида
Теоретическое обоснование возможности взаимодействия кальция сукцината с сорбитом
С целью объяснения взаимодействия иона кальция с сорбитом было осуществлено компьютерное моделирование данного процесса. Для сравнения рассматривали аналогичные комплексы с катионами Mg" и Na . Моделирование проводили с учетом гидратной сферы сорбита и соответствующих ионов. Для оптимизации геометрии и расчета необходимых дескрипторов был выбран полуэмпирический квантово-химический метод РМ 3 [14]. Известно, что квантово-химические расчеты используют в настоящее время для описания внутри- и межмолекулярных взаимодействий (молекулярные ансамбли типа «лиганд на активном центре рецептора», «субстрат на активном центре фермента» и т.п.), а также получения наборов квантово-химических дескрипторов. Преимуществами вышеуказанного метода являются возможность расчета комплексов с водородными связями без дополнительной параметризации и высокая точность геометрических характеристик, полученных в ходе полной оптимизации геометрии [94,95]. Показана большая точность расчета энтальпии образования органических молекул методом РМ 3 в сравнении с другими полуэмпирическими методами [6].
Несмотря на то, что структура сорбита [32] и КС [201] изучена рентгенографически, построение исходных моделей осуществлялсь опытным путем, поскольку деформации, вызванные влиянием кристаллической решетки, могут способствовать получению локального минимума на поверхности потенциальной энергии молекулы.
Число молекул воды для сорбита, а также катионов Са2+, Mg2+ и Na+ было выбрано из условия заполненности первой гидратной сферы. Данную операцию проводили поэтапным добавлением молекул воды к указанным структурам с последующей оптимизацией геометрии до заполнения первой гидратной сферы. Начальная геометрия молекул задавалась с помощью методов молекулярной механики, в связи с тем, что указанные алгоритмы позволяют корректно воспроизводить физико-химические свойства молекул и их пространственную (3D) структуру, отличаясь при этом высокой скоростью [10]. В настоящее время методы молекулярной механики используются для нахождения равновесных структур и переходных состояний, расчета дипольного момента, энергетических и вибрационных свойств молекул. Кроме того, в некоторых случаях методы молекулярной механики при оптимизации дают геометрию, более близкую к экспериментальной (в сравнении с полуэмпирическими и неэмпирическими в минимальном базисе STO-3G) [95,158]. Однако в молекулярной механике энергия численно не совпадает с реальной и может быть использована только для сравнения [94].
После поиска конформации с минимальной энергией ее геометрию оптимизировали методом РМ 3. Оптимизация геометрии молекул исследуемых веществ производилась при помощи итерационной процедуры поиска локального минимума на поверхности потенциальной энергии молекул. Определение глобального минимума является отдельной трудоемкой задачей, многократно усложняющейся присутствием в системах молекул гидратной воды. Использовался метод последовательного приближения, в котором начальные координаты атомов изменяются так, чтобы снизить потенциальную энергию молекулы.
В результате моделирования формульный состав предполагаемых комплексов представлен следующим образом: сорбит+36Н20, Са +12Н20, Mg2++10H20, Na++12H20, сорбит+Са2++48Н20, cop6nT+Mg2++46H20, сорбит+Na +48Н20. Структурные особенности гидратов представлены на рисунке 14. Комплексы с катионами Mg2+ и Na+ имеют сходную структуру.
Выбор оптимального состава сиропов
Известно, что в педиатрической и гериатрической практике наиболее рационально назначать лекарственные вещества в составе сиропов. Учитывая значительную потребность в препаратах кальция у данных возрастных групп, мы сочли актуальной разработку технологии сиропов на основе КС и минерального комплекса.
Для достижения поставленной цели необходимо было выбрать оптимальный состав сиропов, разработать технологическую схему процесса с учетом особенностей действующих и вспомогательных веществ, разработать условия стандартизации готового продукта, изучить стабильность в процессе хранения и установить срок годности.
На начальном этапе исследования представлялось целесообразным теоретически обосновать дозировку и выбор вспомогательных веществ для изготовления сиропов.
Суточная потребность в кальции здорового взрослого человека в различные периоды жизни составляет 1000-1500 мг в сутки и может возрастать в зависимости от физиологического состояния организма. Содержание кальция в КС в пересчете на моногидрат составляет 23%. Следует, однако, учесть, что сукцинат-анион также является биологически активным соединением, для которого существуют свои дозировки. Оптимальной разовой дозой кислоты янтарной в настоящее время считается 50-150 мг [34], что нами учитывалось при разработке рецептуры сиропа. Таким образом, разовая доза кальция сукцината должна составить 160мг. Объем сиропа на один прием должен быть в пределах 2,5-10 мл [ПО], что соответствует концентрации КС 0,16 г в 5 мл сиропа (или 2,5% по массе), учитывая содержание сукцинат-аниона в КС (-66%). Для сиропа с минеральным комплексом выбрана эта же концентрации в связи с аналогичным содержанием сукцинат-аниона в данной субстанции. Теоретически возможно изготовление сиропа, содержащего 0,32 г КС в 5 мл (или— 5% по массе), с использованием 70% раствора сорбита (таблица 21).
В качестве основы сиропа был выбран раствор сорбита в связи с установленным солюбилизирующим действием по отношению к КС (Глава 3). Учитывая присущие ему недостатки в состав введена также фруктоза, обеспечивая получение комбинированной основы (40% сорбита + 24% фруктозы + 36% воды). Концентрация сорбита выбрана исходя из растворимости КС (3,18 г/100 г - таблица 21) для обеспечения стабильности 2,5% раствора последнего.
Как указано в Главе 1 одним из требований, предъявляемых к сиропам, является микробиологическая чистота, обеспечиваемая в большинстве случаев введением консервантов. Вместе с тем, известно, что продукты на основе сорбита характеризуются значительной устойчивостью к микробной контаминации. В ряде работ имеются сведения о бактериостатическом действии солей кальция [145]. Предложено использовать сукцинаты, в том числе КС, для повышения эффективности консервирования пищевых продуктов [51,50]. Поэтому, мы сочли возможным изготавливать сироп без использования консервантов.
При изготовлении корригированных лекарственных форм преследуется цель обеспечения удобства приема посредством оптимизации вкуса, запаха и цвета. В связи с этим обстоятельством, нами были изучены органолептические свойства сиропов (таблица 25) при использовании различных корригентов, в качестве которых выступали разрешенные к применению в медицинской практике вкусо-аромато-цветообразующие композиции и ванилин, соответствующие ТУ 9154-21-00334557-2004 «Жидкие бесспиртовые ароматизаторы» и ТУ 64-6-246-83 «Ванилин чистый» соответственно.
