Сравнительное исследование структурно-адсорбционных характеристик препарата Белый Уголь®, диоксида кремния и производных целлюлозы

Объекты исследования

В качестве объектов исследования были выбраны следующие препараты (Табл. 1).

Таблица 1. Объекты исследования

 

ИК-спектроскопическое исследование

ИК-спектры снимали с помощью прибора Specord М-80 (Carl Zeiss, Германия). Препараты смешивали с калия бромидом 1:100 и прессовали в виде таблеток, которые подвергали анализу в диапазоне 4000–400 см-1. Результаты приведены на рис. 1–5. Все ИК-спектры, кроме спектра диоксида кремния, являются подобными, что свидетельствует о том, что исследуемые вещества относятся к одному химическому классу — высокомолекулярным производным глюкозы.

Наибольшие максимумы поглощения соответствуют: приблизительно 3400 см-1 — валентным колебаниям -ОН групп, связанных водородной связью; пик 1000 см-1 — С-О-фрагментам вторичных спиртов в составе глюкопиранозного цикла как мономерного звена полимерной цепи (на каждый пиранозный цикл приходится по три спиртовых гидроксила). Спектр диоксида кремния (рис. 1) является типичным для «воздушно-сухого» препарата, который содержит несколько процентов физически адсорбированной воды, которой отвечает широкая полоса поглощения в области от 3700 до 3000 см-1. Но этого количества воды достаточно для почти полного перекрывания узкой характеристической полосы 3750 см-1, что отвечает валентным колебаниям силанольных гидроксилов Si-О-Н. Спектр для таблеток Белый Уголь® (рис. 5) подобен спектрам его полисахаридных ингредиентов: крахмалу, МКЦ и натрий-кроскармеллозы. Однако, полосы диоксида кремния на нем полностью «замаскированы», в частности, не просматривается характеристическая для кремнеземов полоса 3750 см-1.

Адсорбция метиленового синего

В качестве тест-вещества для изучения адсорбции положительно заряженных низкомолекулярных соединений (алкалоиды, гистамин, димедрол, новокаина гидрохлорид, промедол и т. п.) используют катионный краситель метиленовый синий (М.м. = 320 г/моль).  

Рис. 6. Метиленовый синий

Методика испытания Исследуемый раствор. К 0,08 г (точная навеска) сорбента добавляют 10 мл 0,15 мг/мл раствора метиленового синего, встряхивают на аппарате для встряхивания на протяжении 1 часа, потом центрифугируют при частоте вращения 6000 оборотов в минуту на протяжении 20 минут. 1 мл надосадочной жидкости доводят водой до 50 мл. Раствор сравнения. 1 мл 0,15 мг/мл раствора метиленового синего доводят водой до 50 мл. Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и раствора сравнения при длине волны 670 нм в кювете толщиной 2 см. В качестве компенсационного раствора используют воду. Адсорбционную активность препарата (Х, мг/г) рассчитывают по формуле:

где D0 – оптическая плотность раствора сравнения; Dх – оптическая плотность исследуемого раствора; m – масса метиленового синего в 1 мл (0,15 мг); m0 – масса навески препарата в граммах (0,08 г). Результаты измерений отображены в Табл. 2.

Таблица 2. Результаты измерений

  С целью выяснения, какой именно ингредиент отвечает за высокую адсорбционную активность таблеток Белый Уголь® относительно метиленового синего, было проведено исследование специально приготовленных порошков, в состав которых постепенно вводили ингредиенты таблетки. Ниже приведено экспериментальное определение рецептуры таблетки. Масса таблетки готового лекарственного средства Белый Уголь®: 0,712 г. Содержание диоксида кремния в таблетке в соответствии с инструкцией: 0,210 г. После отмывания от растворенных вспомогательных веществ (сахара и крахмала) и высушивания содержание сухого остатка (диоксида кремния, МКЦ и натрий-кроскармеллозы) в таблетке составляет 60 %. Приблизительный расчет количества ингредиентов в порошке таблетки массой 80 мг:
  • 80 мг × 0,6 = 48 мг (диоксид кремния + МКЦ + натрий кроскармеллоза);
  • 80 мг / 0,712 × 0,210 = 24 мг (диоксид кремния);
  • 48 мг – 24 мг = 24 мг (МКЦ + натрий кроскармеллоза).
Далее изучали адсорбционную активность искусственно приготовленных порошков с соотношением ингредиентов как в составе таблетки. Образец № 1: 80 мг растертой таблетки Белый Уголь®; Образец № 2: 24 мг диоксида кремния + 24 мг МКЦ; Образец № 3: 24 мг диоксида кремния + 24 мг МКЦ + 16 мг крахмала; Образец № 4:24 мг диоксида кремния + 24 мг МКЦ + 16 мг крахмала + 16 мг сахара. Результаты измерений приведены в Табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерений

Как видно, таблетка Белый Уголь® по адсорбции метиленового синего существенно превышает комбинацию ингредиентов, которые входят в ее состав в соответствующих количествах. Поскольку для имитации не применяли натрий-кроскармеллозу, можно сделать вывод, что именно этот ингредиент отвечает за эффективную адсорбцию метиленового синего таблеткой Белый Уголь®. Этот вывод согласуется с результатами таблицы 2, а также с тестом идентификации натрий-кроскармеллозы в соответствии с Европейской фармакопеей.

Адсорбция конго красного

Как тест-вещество для изучения адсорбции отрицательно заряженных низкомолекулярных соединений (натрия диклофенак, салицилаты, анальгин, аспаркам, соли жирных и желчных кислот и т. п.) применяют анионный азокраситель конго красный (М.м. = 697 г/моль).

Рис. 7. Конго красный

Методика испытания Исследуемый раствор. К 0,08 г (точная навеска) препарата добавляют 10 мл 0,7 мг/мл раствора конго красного, встряхивают на аппарате для встряхивания в течение 1 часа, потом центрифугируют при частоте вращения 6000 оборотов в минуту на протяжении 20 минут. 0,8 мл надосадочной жидкости доводят водой до 50 мл. Раствор сравнения. 0,8 мл 0,7 мг/мл раствора конго красного доводят водой до 50 мл. Измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и раствора сравнения при длине волны 490 нм в кювете толщиной 1 см. В качестве компенсационного раствора используют воду. Адсорбционную активность препарата (Х, мг/г) рассчитывают по формуле, аналогичной как в случае измерений с метиленовым синим, где m – масса конго красного в 1 мл (0,7 мг). Результаты измерений отображены в Табл. 4.

Таблица 4. Результаты измерений

 

Адсорбция ионов цинка

Цинк выбран в качестве тест-вещества, которое моделирует отравление тяжелыми металлами: медью, свинцом, кадмием, ртутью, хромом и т. п. Концентрацию ионов цинка в растворе определяли экстракционно-фотометрическим методом с помощью дитизона. Дитизон — это специфический реагент, который образует с ионами тяжелых металлов, в частности с ионами цинка, комплексные соединения:

Рис. 8. Взаимодействие дитизона с ионами цинка

  Методика испытания Готовят раствор дитизона в СCl4 (10 мг дитизона в 400 мл растворителя). Исследуемый раствор. К 0,08 г (точная навеска) препарата добавляют 10 мл 2,5 мкг/мл раствора ионов Zn2+, встряхивают на аппарате для встряхивания 1 час, после чего центрифугируют при 6000 оборотов/мин на протяжении 20 минут. К 2 мл центрифугата добавляют 8 мл воды, 5 мл ацетатного буфера и 5 мл раствора дитизона. Смесь встряхивают в делительной воронке 2 минуты. После этого сливают нижний слой органической фазы в колбу. Снова добавляют 5 мл дитизона и повторяют экстракцию. Органические фазы объединяют. Раствор сравнения. К 2 мл 2,5 мкг/мл раствора ионов Zn2+ добавляют 8 мл воды, 5 мл ацетатного буфера и 5 мл раствора дитизона, далее выполняют двойное экстрагирование, как описано выше. Сразу после повторного экстрагирования измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и раствора сравнения при длине волны 540 нм в кювете толщиной 1 см. В качестве компенсационного раствора используют холостую пробу, где на анализ берут 10 мл дистиллированной воды. Адсорбционную активность препарата (Х, мг/г) рассчитывают по формуле, аналогичной как для измерений с метиленовым синим, где m – масса цинка в 1 мл раствора (2,5 мкг). Результаты измерений отображены в Табл. 5.

Таблица 5. Результаты измерений

Адсорбция белка (желатиновый тест)

В качестве тест-вещества, которое моделирует адсорбцию токсинов и метаболитов белковой природы с нерегулярным строением, используют желатин — продукт гидролиза коллагена.

Методика испытания

Исследуемый раствор. К 0,08 г (точная навеска) препарата добавляют 10 мл 6 мг/мл раствора желатина, встряхивают на аппарате для встряхивания в течение 1 часа, затем центрифугируют при частоте 6000 оборотов/мин на протяжении 20 минут. К 1 мл центрифугата добавляют 4 мл биуретового реактива, выдерживают 30 минут. Раствор сравнения. К 1 мл 6 мг/мл раствора желатина добавляют 4 мл биуретового реактива, выдерживают 30 минут. Измеряют оптическую плотность исследуемого раст-вора и раствора сравнения при длине волны 540 нм в кювете толщиной 1 см. В качестве компенсационного раст-вора используют холостую пробу (к 1 мл воды добавляют 4 мл биуретового реактива). Адсорбционную активность препарата (Х мг/г) рассчитывают по формуле, аналогичной для измерений с метиленовым синим, где m – масса желатина в 1 мл (6 мг). Результаты измерений приведены в Табл. 6.

Таблица 6. Результаты измерений

Выводы

Измельченные таблетки Белый Уголь® (производитель ООО «ОМНИФАРМА КИЕВ», Украина) проявляют значительную адсорбционную активность в отношении метиленового синего и ионов цинка, почти полностью поглощая их из раствора. Но препарат в форме порошка, а также основные ингредиенты таблеток — диоксид кремния и микрокристаллическая целлюлоза, каждый по отдельности, сорбируют эти вещества намного хуже. Таблетки Белый Уголь® имеют сбалансированный состав, где каждый ингредиент отвечает за адсорбцию определенного класса соединений и, следовательно, их комбинация придает препарату в целом широкие адсорбционные свойства. Таким образом, диоксид кремния характеризуется специфически высокой адсорбцией белка, натрий-кроскармеллоза — метиленового синего и ионов цинка, микрокристаллическая целлюлоза — конго красного. Адсорбция белка, основного фактора пищевой интоксикации, таблетками Белый Уголь® по сравнению с диоксидом кремния немного уменьшена (эффект «разбавления» неактивными в отношении белка ингредиентами), хотя остается достаточно высокой для проявления терапевтического действия. Таблетки Белый Уголь®, благодаря высокой адсорбционной активности, могут применяться не только в оздоровительно-профилактических, но и в лечебных целях. Одинаково эффективно сорбирует избранные тест-вещества клетчатка, которая является суммой нерастворимых и малорастворимых в воде соединений — целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых веществ, лигнина и т. п. Карбоксиметилцеллюлоза, в состав которой входят отрицательно заряженные центры (ионизированные карбоксильные группы), согласно ожиданиям, лучше сорбирует катионный краситель метиленовый синий, чем конго красный (анион).   Геращенко И. И., д. фарм. н., проф., Институт химии поверхности им. А. А. Чуйко НАН Украины

  Литература

  1. Бойко А.М. Энтеросорбент/ Патент на полезную модель № 41849 (Украина), опубл. 10.06.2009, бюл. № 11. – 4 с.
  2. Геращенко И.И. Энтеросорбенты: лекарственные средства и диетические добавки. – К.: Ин-т химии поверхности НАН Украины, 2014. – 248 с.
  3. Доклиническое изучение энтеросорбентов. Метод. рекомендации / В.Г. Николаев, Н.Т. Картель, Е.А. Посохова и др. – Киев: Гос. эксперт. центр МЗ Украины, 2010. – 56 с.
  4. Геращенко И.И., Луценко В.А. Особенности контроля качества медицинских сорбентов // Фармац. журн. – 2010. – № 5. – C. 37–41.
  5. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. – М.:Химия , 1984. – 448 с.
  6. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений. – М.: Химия, 1970. – 344 с.
  7. European Pharmacopoeia, 6-th Edition, 2007.