CC BY
35
УДК 577.1:612.015.347 Вестник СПбГУ. Сер. 11. 2012. Вып. 3
А. К. Мартусевич1, Ж. Г. Симонова2, Е. В. Иванникова3
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ДЕГИДРАТАЦИИ РАСТВОРОВ НЕКОТОРЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ И ИХ КОМБИНАЦИЙ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТЬЮ
1 ФГБУ «Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздравсоцразвития России;
2 ГБОУ ВПО «Кировская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России;
3 ГБУЗ Нижегородской области «Нижегородская областная клиническая больница им. Н. А. Семашко»
К настоящему времени в патогенезе многих заболеваний человека и животных выявлены компоненты, связанные с изменением физиологического уровня кристаллоген-ной стабильности внутренней среды организма [1-6]. В большей степени это касается его жидких субстратов, в том числе крови, мочи, слюны, желчи и др. [3, 4, 6, 7]. Данная патология трактуется нами не только как самостоятельные заболевания, но и в рамках более крупной наднозологической единицы — кристаллопатологии [8, 9]. Кроме патологических состояний, логично вписывающихся в разряд кристаллопатологии (уро-и холелитиаз), известны широко распространенные заболевания, механизм формирования которых неявно лимитирован процессами кристаллообразования (малярия, узловой зоб, некоторые формы неоплазий центральной нервной системы и т. д.), а также встречающиеся с меньшей частотой, но непосредственно обусловленные нарушением кристаллогенеза нозологии (кальцифилаксия, амилоидоз) [2-4, 8].
Подобный подход позволяет предположить возможность и потенциальную целесообразность специфической коррекции кристаллопатологии, связанной с направленным воздействием на кристаллостаз биосистемы — интегральный параметр гомео-стаза, характеризующий ее кристаллогенную стабильность [10, 11]. Совокупность указанных воздействий обозначена нами как кристаллотропная терапия [9, 10, 12]. В этом плане представляет интерес поиск соединений и/или их комбинаций, обладающих модуляторной активностью в отношении кристаллостаза биогеных и биоподобных систем.
Одним из первых объектов, для которых данные исследования наиболее целесообразны, являются уже применяемые в настоящее время лекарственные препараты [13-16]. Это имеет принципиальную ценность как для более подробного изучения их побочных эффектов, так и для раскрытия новых аспектов их фармакологического действия [8, 16].
Кроме того, комплексное изучение свойств лекарственных препаратов имеет значение для разработки новых технологий идентификации качества лекарственных средств, а также в целях расшифровки особенностей действия дженериков, имеющих исходно одинаковые показания к применению [8]. В то же время терапевтический эффект последних может существенно варьировать вследствие неодинаковости технологического процесса их получения [13, 14]. В частности, ранее нами было показано, что некоторые дженерики обладают различной собственной кристаллогенной активно-
© А. К. Мартусевич, Ж. Г. Симонова, Е. В. Иванникова, 2012
стью и могут разнонаправленно изменять кристаллогенный потенциал биологических жидкостей in vitro [16].
Поэтому цепью исследования явилось описание параметров дегидратации растворов некоторых наиболее часто используемых лекарств и их комбинаций с биологической жидкостью (сывороткой крови).
Материал и методы исследования. В комплекс биокристаллоскопических методов, примененных в отношении анализируемых препаратов, были включены визуальная морфометрия кристаллоскопических фаций и биогравиметрия образцов [17]. Визуальная морфометрия кристаллограмм предполагала высушивание на стекле равных объемов растворов (0,1 мл) изучаемых препаратов (концентрация вещества — 1 моль) в условиях лаборатории (температура 20°С; влажность 40-60%) без термической стимуляции кристаллообразования с последующей критериальной оценкой результата структуризации лекарства [16].
Динамические характеристики процесса дегидратации препарата были изучены с применением технологии биогравиметрии (БГМ), основанной на регистрации скорости убывания массы образца при высыхании. Методику осуществляли с помощью весов с электронной регистрацией данных ВК-300.1. Масса наносимого субстрата составляла 0,11 г. Основным критерием описания результата исследования служил биогравиметрический коэффициент (БГК).
В спектр изученных лекарственных средств вошли ацетилсалициловая кислота, пирацетам, винпоцетин, анальгин, стрептоцид, фуросемид, аспаркам, вазапростан, ви-касол, аскорутин и магнерот. Для каждого образца проводили трехкратные биогравиметрические и биокристаллоскопические исследования.
Для изучения характера содегидратации биологической жидкости (сыворотка крови здорового взрослого человека) и лекарственного препарата (на примере вика-сола и винпоцетина) проводили их совмещение в одной капле на предметном стекле (соотношение 1:1) с сохранением общей массы комплексного препарата 0,11 г.
Обработку результатов визуальной морфометрии осуществляли методами вариационной статистики, для анализа первичной информации по БГМ применяли линейную аппроксимацию кривой с использованием встроенных алгоритмов электронных таблиц Microsoft Excel 2007.
Результаты исследования и их обсуждение. На основании анализа кристалло-грамм установлено, что изученные лекарственные препараты обладают выраженными особенностями собственной кристаллизации. Так, раствор ацетилсалициловой кислоты при дегидратации формирует множественные палочкообразные кристаллические элементы, располагающиеся как обособленно, так и скоплениями, не образующими дендритных структур.
Следует отметить, что рассмотренные лекарственные препараты неодинаковы и по своему кристаллогенному потенциалу, оцениваемому по уровню основного количественного показателя кристаллоскопической фации — кристаллизуемости. В частности, среди описанных растворов соединений некоторые обладают высоким кри-сталлогенным потенциалом (аспирин, винпоцетин, вазапростан), другие — предельно низким (фуросемид, пирацетам).
Отдельного обсуждения заслуживают динамические характеристики изученных медикаментозных препаратов, оценка которых производилась при помощи биогравиметрического исследования.
Первичная биогравиметрическая кривая представляется достаточно затруднительной в плане непосредственной обработки, поэтому в целях количественного описания различий между изучаемыми объектами нами была применена линейная аппроксимация кривых. Важно, что линия тренда практически всех препаратов была достаточно приближенной к исходной кривой, о чем свидетельствует уровень коэффициента аппроксимации, для изученных препаратов превышающий 0,9 [17].
0,12 п-
-0,01
Рис. 1. Пример биогравиграмм викасола и винпоцетина с линейной регрессией (непрерывная линия и пунктир соответственно)
Далее рассчитывался БГК, являющийся значением котангенса угла, образованного линией аппроксимации тренда и осью абсцисс, т. е. соотношением полного расчетного периода кристаллизации (точка пересечения линии тренда и оси абсцисс) и теоретической исходной массой образца (точка пересечения линии тренда и оси ординат). Значение БГК принималось в качестве основного оценочного параметра результата БГМ для конкретного лекарственного препарата (рис. 1).
Полученный уровень БГК для рассмотренной группы лекарственных соединений представлен в таблице 1. В соответствии с этими данными, рассмотренные препараты демонстрируют различную скорость дегидратации, что можно утверждать с уверенностью, так как исходные объемы наносимого на стекло материала были идентичны, а процесс высыхания протекал в одинаковых условиях [17]. Следовательно, динамические характеристики кристаллогенеза изучаемых лекарственных средств, как и статические (результат морфометрии их кристаллоскопических фаций), существенно различаются. Так, полное расчетное время кристаллизации варьирует в широких пределах: от 42 мин (ацетилсалициловая кислота) до 98 мин (винпоцетин), что обуславливает вариабельность значений БГК для рассматриваемых аналитов. Данный разброс значений оцениваемого параметра вполне объясним и детерминирован различным химическим составом растворенных препаратов и структурой их действующего вещества.
Таблица 1. Значение биогравиметрического коэффициента и полного расчетного времени кристаллизации некоторых лекарственных средств (M±m)
Препарат БГК, усл. ед. Полное расчетное время кристаллизации, мин
Ацетилсалициловая кислота 400,2±37,2 42
Пирацетам 924,5±64,1 98
Анальгин 783,0±53,8 80
Стрептоцид 636,4±40,2 67
Фуросемид 613,2±53,7 65
Аспаркам 703,5±63,4 70
Вазопростан 798,1±76,2 83
Винпоцетин 2024,3±43,1 198
Аскорутин 761,9±73,7 80
Магнерот 642,9±66,1 67,5
Викасол 1471,4±100,5 150
В то же время, на наш взгляд, интерес представляет сопоставление между собой результатов биогравиметрического исследования отдельных препаратов, обладающих сходным основным фармакологическим эффектом. Например, два средства, оказывающие ноотропный эффект (винпоцетин и пирацетам) и имеющие близкие показания к применению, демонстрируют принципиально различные картины собственной кристаллизации, а также диаметрально противоположные значения БГК. Так, среднее значение БГК данных лекарств различается более чем в 2 раза (2024,3±43,1 усл. ед. для винпоцетина и 924,5±64,1 усл. ед. для пирацетама; р < 0,01). Этот факт перекликается с данными о вариабельности дополнительного (побочного) действия данных лекарственных средств, что обуславливает особенности их применения и группы пациентов, которым может быть рекомендован конкретный препарат [8].
Системный анализ динамических (биогравиметрия) и статических (кристаллоскопия) параметров структуризации лекарств далеко не во всех случаях позволил выявить линейную связь между ними. Так, пирацетам, демонстрируя слабую кристал-логенную активность при визуальной морфометрии (кристаллизуемость — 1 балл; индекс структурности — 1 балл), обладает крайне высоким БГК (924,5±64,1 усл. ед.). Аспирин, активно и специфично кристаллизуясь (кристаллизуемость — 2-3 балла; индекс структурности — 2 балла), имеет аномально низкий уровень БГК (400,2±37,2 усл. ед.). Приведенные примеры могут быть объяснены, учитывая то обстоятельство, что скорость кристаллизации, визуализируемая по значению БГК, находится в прямой зависимости от активности кристаллообразования (по кристаллизуемости и индексу структурности). С другой стороны, данная взаимосвязь нелинейна, что подтверждают некоторые другие примеры, в частности особенности дегидратационного структуро-образования вазапростана, как и аспирин, формирующего многочисленные крупные кристаллы, но имеющего достаточно высокий БГК (798,1±76,2 усл. ед.). Таким образом, динамические и статические характеристики кристаллогенеза жидких систем, в том
числе лекарственных препаратов, являются относительно независимыми и взаимодополняющими его параметрами, которые следует учитывать при составлении представлений о кристаллогенных и инициирующих состояние биосред организма свойствах препаратов.
Рассматривая полученные результаты различных кристаллогенных свойств данных лекарственных средств, можно предполагать их неодинаковое действие на кри-сталлостаз жидких биосистем, но для раскрытия их модулирующего действия необходимо проведение дополнительных исследований по сокристаллизации препаратов с биосредами организма человека и животных. Некоторые результаты этих экспериментов продемонстрированы на примере растворов винпоцетина и викасола. Нами произведен сравнительный анализ дегидратации жидких систем «раствор лекарственного препарата — сыворотка крови» и отдельных компонентов данных систем (рис. 2 и 3).
120 п
винпоцетин сыворотка крови сыворотка крови +
винпоцетин
Рис. 2. Относительный уровень биогравиметрического коэффициента компонентов и системы «сыворотка крови — винпоцетин»:
за 100% принят уровень биогравиметрического коэффициента сыворотки крови; * — уровень статистической значимости различий по отношению к значению, характерному для обоих индивидуальных образцов, р < 0,05.
На основании проведенных исследований обнаружено, что винпоцетин имеет уровень биогравиметрического коэффициента, сопоставимый с характерным для сыворотки крови — 2024,3±43,1 и 2088,3±116,1 усл. ед. соответственно (рис. 2). Совместная дегидратация компонентов системы неожиданно значимо привела к ускорению удаления воды, что нашло отражение в существенном снижении времени кристаллизации, а следовательно, и пропорциональном падении уровня БГК (р < 0,05 по отношению к обоим образцам).
Второй из выбранных для биотестирования препаратов (викасол) по индивидуальной скорости дегидратации существенно превышает сыворотку крови (1471,4±100,5 и 2088,3±116,1 усл. ед. соответственно; статистическая значимость различий — р < 0,05). Сокристаллизация викасола с сывороткой крови человека также выраженно изменяет кристаллогенные свойства биологической жидкости, повышая
и стабилизируя скорость ее дегидратации (с 2088,3± 116,1 до 1497,8±53,0 усл. ед.; р < 0,05) и приближая ее к уровню, характерному для изучаемого лекарственного препарата (рис. 3). Таким образом, викасол обладает прокристаллогенным эффектом в отношении рассматриваемого биосубстрата.
Проведенные исследования с лекарственными препаратами позволяют сделать вывод, что их введение в жидкую биологическую среду способно оказывать модулирующее действие на особенности проявления ее кристаллогенных свойств. Хотя в выполненном нами эксперименте, независимо от исходного соотношения скорости дегидратации лекарственного соединения и сыворотки крови, созданная биосистема имела более низкий уровень БГК, чем у интактной биологической среды, по нашему мнению, это не является общей тенденцией, а лишь отображает реакцию последней на введение химического агента. При этом можно предположить, что она носит неспецифический характер [9, 12].
Рис. 3. Относительный уровень биогравиметрического коэффициента компонентов и системы «сыворотка крови — викасол»:
за 100% принят уровень биогравиметрического коэффициента сыворотки крови; * — уровень статистической значимости различий по отношению к образцу викасола р < 0,05; ** — уровень статистической значимости различий по отношению к образцу сыворотки крови р < 0,05.
Таким образом, комплекс методов, включающих визуальную морфометрию высушенных образцов и их биогравиметрию, позволяет достаточно полно описать динамические и статические характеристики кристаллообразования растворов лекарственных препаратов и их комбинаций с жидкими биологическими средами.
Препараты различной терапевтической направленности обладают варьирующими кристаллогенными свойствами, причем эти особенности могут быть выявлены даже в пределах одной фармакологической группы, что способно стать основой для мониторинга характеристик рассматриваемых соединений и их комбинаций.
Неодинаковая кристаллогенная активность лекарственных средств раскрывает перспективы дальнейшего изучения на предмет определения их кристаллостаз-моду-лирующей активности в отношении биосистем различного уровня организации.
Литература
1. Витер В. И., Чирков В. Е., Поздеев А. Р. Электропроводность и микрокристаллизация в исследовании биологических сред для постмортальной клинико-фармакологической оценки // Проблемы экспертизы в медицине. 2002. Т. 2, № 4. С. 21-24.
2. Гилинская Л. Г., Григорьева Т. Н., Окунева Г. Н. и др. Исследование минеральных патогенных образований на сердечных клапанах человека. I. Химический и фазовый состав // Журнал структурной химии. 2003. Т. 44, № 4. С. 678-689.
3. Голованова О. А. Патогенные минералы в организме человека. Омск: Изд-во ОмГУ, 2007. 395 с.
4. Голованова О. А. Патогенное минералообразование в организме человека // Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315, № 3. С. 51-56.
5. Рихванов Л. П. и др. Биоминерализация в организме человека и животных. Томск: Изд. дом «Тандем Арт», 2004. 498 с.
6. Савина Л. В. Кристаллоскопические структуры сыворотки крови здорового и больного человека. Краснодар, 1999. 238 с.
7. Барер Г. М., Денисов А. Б. Кристаллографический метод изучения слюны. М.: ФГОУ «ВУНМЦ Росздрава», 2008. 240 с.
8. Мартусевич А. К., Гришина А. А., Камакин Н. Ф. Фармакобиокристалломика: современное состояние и перспективы // Молекулярная медицина. 2010. № 4. С. 22-25.
9. Мартусевич А. К., Зимин Ю. В. Исследование модуляции кристаллообразования биологической жидкости // Вестник новых медицинских технологий. 2010. Т. 17, № 4. С. 194-197.
10. Мартусевич А. К. Направленный кристаллогенез как одна из потенциальных перспектив терапии патологии желудочно-кишечного тракта // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. 2008. №2-3. С. 71-72.
11. Семенников В. И., Чечина И. Н., Неймарк А. И. и др. Пути решения проблемы патогенного минералообразования в слюнных железах и почках // Российский стоматологический журнал. 2009. № 6. С. 39-42.
12. Мартусевич А. К., Симонова Ж. Г. Кристаллогенные свойства биологической жидкости при введении химического агента // Современные технологии в медицине. 2011. № 1. С. 95-98.
13. Белова А. В. Микрокристаллооптическое обнаружение некоторых производных барбитуровой кислоты при судебно-медицинских исследованиях // Судебно-медицинская экспертиза. 1960. № 2. С. 37-45.
14. Бубон Н. Т., Пузыревский К.Я. Микрокристаллоскопическая реакция обнаружения папаверина // Аптечное дело. 1965. № 2. С. 50-52.
15. Глэйзер Р. М., Цыганник И. Н., Сеска Т. А. и др. Структурный анализ бактериородопсина методом электронной кристаллографии // Сб. Тр. международной конференции по ретинальсо-держащим белкам. М., 1989. С. 101-113.
16. Мартусевич А. К., Жданова О. Б. Метод тезиокристаллоскопии в идентификации качества лекарственного препарата // Фармация. 2006. № 6. С. 15-17.
17. Мартусевич А. К., Иванникова Е. В., Русских А. П. Метод биогравиметрии биологических субстратов // Медицинский академический журнал. 2010. Т. 10. № 5. С. 59.
Статья поступила в редакцию 7 июня 2012 г.
