Основные положения биофармацевтического анализа

Принцип действия созданных для этого многочисленных приборов заключается в механическом разрушении лекарственной формы и диффузии лекарственных веществ в воду или другую растворяющую среду, имитирующую биологическую жидкость. По мере высвобождения или после полного высвобождения лекарственного вещества растворяющую жидкость удаляют из прибора. Полученные пробы подвергают анализу, используя химические или физико-химические методы. Лекарственная форма признается соответствующей требованиям скорости высвобождения, если в течение установленного интервала времени из нее переходит в растворяющую жидкость оптимальное количество лекарственных веществ. Следует отметить, что изучение кинетики высвобождения лекарственного вещества in vitro в модельных условиях не может заменить исследования in vivo. Вызвано это различием в механизмах протекающих процессов. Так, при всасывании in vivo вслед за стадией растворения лекарственных веществ следует стадия проникновения через стенки желудка и кишечника. Биологическая доступность методами in vivo устанавливается на лабораторных животных (кроликах, собаках и др.). При этом либо определяют содержание лекарственного вещества (метаболитов) в крови, либо устанавливают скорость их выведения с мочой через определенные промежутки времени. Важнейший этап этих испытаний - количественный анализ. Он усложняется по сравнению с методами in vitro, поскольку приходится анализировать сложную смесь, включающую не только лекарственные вещества или их метаболиты, но и различные соединения, входящие в состав биологических жидкостей.

Для характеристики биодоступности широко применяют способ, основанный на оценке максимальной концентрации лекарственных веществ в крови после введения внутрь изучаемой лекарственной формы. Такой способ является весьма приблизительным, так как биодоступность зависит не только от степени и скорости всасывания, но и от распределения и элиминации лекарственных веществ в организме.

Для определения биологической доступности у здоровых людей подбирают группы добровольцев определенного возраста и соответствующим образом их готовят: стандартизируются диета, количество выпитой воды, физическая активность, исключается прием других лекарств, возможность стрессовых состояний и т.д. Сущность испытаний заключается в установлении скорости выведения лекарственных веществ с мочой через определенные промежутки времени после введения лекарственного средства. Концентрацию лекарственных веществ или их метаболитов устанавливают с помощью методик биофармацевтического анализа.

Таким образом, одним из основных этапов любого исследования биологической доступности лекарственных средств является использование биофармацевтического анализа для определения концентрации лекарсвенных веществ (метаболита) в биологических жидкостях.[6,12]

                1.3. Фармакокинетические параметры и способы их расчета

Фармакокинетические исследования обычно выполняются с целью дачи рекомендаций по оптимальному режиму дозирования препаратов, обеспечивающему быстрое достижение и поддержание терапевтического эффекта при минимальном риске побочных явлений, либо с целью оценки влияния особенностей организма или внешних факторов на фармакокинетику. Основные фармакокинетические параметры позволяют количественно охарактеризовать процессы, которые происходят с лекарственным веществом в организме, они позволяют увидеть связь между концентрацией лекарственного вещества в биологических жидкостях и его фармакологическим действием.[12,15]

 

Количественно биодоступность оценивают для одной дозы по максимальному уровню концентрации лекарственных веществ в крови или плазме, времени наступления максимума концентрации и площади под кривой зависимости «концентрация лекарственного вещества – время». Изменение концентрации лекарственного вещества выражают уравнением;

dC/dt =–keC  ,

или в интегральном виде:

С = С0е-ket ,

где С – концентрация в данный момент времени, С0 – введенная доза, ke – константа скорости элиминирования, t–время. Чаще используют логарифмическую форму:

lg (C0/C) = ket

В графическом виде изменение концентрации лекарственного вещества от времени представлено на рис. 1.1.

    а  б

Рис. 1.1. Зависимость убывания концентрации ЛВ от времени: а – внутривенное введение; б –  пероральное введение

 

При этом график «а» соответствует простейшей однокамерной модели, а график «б» - однокамерной модели с всасыванием.

В фармакокинетических расчетах используют значение АUС (аrеа under the curve) – суммарной площади под кривой концентрации лекарственного вещества от момента его попадания в организм до полного удаления из него.

Математически АUС представляет собой интеграл:

АUС =∞∫0Сdt.

Во многих случаях рассчитывают не полную площадь под кривой, а ее часть за определенный промежуток времени, как правило, равный интервалам между двумя последовательными введениями лекарственных средств.

Еще один важный параметр — среднее время удержания ЛВ в организме МRТ (mean residence time) — представляет собой отношение:

МRТ = АUMС / АUС,

где АUMС (аrеа undеr the moment curve) математически выражается как интеграл   от  произведения   времени   на   концентрацию АUMС = ∫tCdt.

При внутривенном введении среднее время удержания лекарственного вещества обратно пропорционально константе скорости элиминирования:

МRТ = 1/ke .

Если вещество в значительном количестве в неизмененном виде экскретируется с мочой, то эти данные также можно использовать для оценки степени биодоступности. При этом, оперируя параметрами АUС, абсолютную биодоступность определяют как:

Fabc=(( АUСper os/АUСiv)·(Civ/Cper os)) · 100% ,

a относительную — как:

Frel =(( АUСper os(test)/АUСres os(stand))·(Cper os (stand)/Cper os(test))) · 100% .

АUС  устанавливают интегрированием или любым методом определения площади криволинейной трапеции.[25]

Количественно характеризуют процессы, происходящие с лекарственным веществом в организме, следующие основные фармакокинетические   параметры.

Константа скорости элиминации (ч-1, мин-1) характеризует скорость удаления (элиминации) лекарственного вещества из организма путем экскреции или биотрансформации.

Константа скорости всасывания- параметр, отражающий скорость поступления (ч-1, мин-1) лекарственного вещества из места введения в системный кровоток. Используют этот параметр при всех путях введения, кроме внутривенного и внутриартериального.

Константа скорости экскреции характеризует скорость выделения лекарственного вещества (ч-1, мин-1) с мочой, слюной, калом, молоком или другими экскретами.

Важным фактором, влияющим на терапевтический эффект, является содержание лекарственного вещества в организме. Оно зависит от продолжительности выведения или элиминации из организма. Показателем элиминации является клиренс (мл/мин). Общий клиренс — это объем плазмы или крови, из которого за единицу времени лекарственное вещество выводится почками, печенью, легкими или биотрансформируется в организме. Параметр, определяющий скорость очищения организма от лекарственного вещества почками, носит название почечный клиренс, а другими путями — вне почечный  клиренс.[6]

Объем распределения лекарственного вещества — это гипотетический объем жидкостей организма, который необходим для равномерного распределения всего количества лекарственного вещества в той же концентрации, в которой он содержится в плазме крови. Этот показатель находится в зависимости от пола, возраста, общей массы жиров в организме больного. Распределение лекарственного вещества зависит от таких его физико-химических свойств, как растворимость в воде и в липидах, молекулярная масса, полярность, уровень ионизации. Объем распределения используют для расчета дозы лекарственного вещества, необходимой для достижения нужной концентрации его в крови.

О выведении лекарственного вещества из организма судят по периоду               полувыведения, или полуэлиминации. Под ним понимают время, в течение которого происходит снижение на 50% концентрации   лекарственного   вещества   по   сравнению  с введенным количеством. За один период полуэлиминации из организма выводится 50%, за два периода — 75%, за три периода — 90% лекарственного вещества.

Равновесная концентрация — это состояние, при котором количества вводимого и адсорбирующегося лекарственного вещества равны между собой. Поэтому при равновесной концентрации содержание лекарственного вещества в организме колеблется между максимальными и минимальными его значениями. Это соответствует оптимальному проявлению клинического эффекта.

Период полуабсорбции (полувсасывания) — время (ч, мин), необходимое для всасывания лекарственного вещества из места введения (кроме внутрисосудистого) в системный кровоток половины введенной дозы.

Период полураспределения (ч, мин) — условный параметр, характеризующий распределение лекарственного вещества между центральной камерой (плазма крови) и периферической камерой (органы, ткани).

Площадь под фармакокинетической кривой— площадь фигуры, ограниченной на графике фармакокинетической кривой и осями координат, одна из которых обозначает концентрацию лекарственного вещества в плазме крови (мкг/мл), а другая — время после введения лекарственного вещества (мин).[2,25]

 

1.4. Влияние различных факторов, на фармакокинетические параметры

Основные группы факторов, влияющих на фармакокинетику лекарственных средств:

1. Биохимические особенности организма (ферментопатии, различия в скорости метаболизма).
2. Физиологические особенности - пол, возраст, масса тела, циркадные ритмы.
3. Беременность, родовой и послеродовой периоды.
4.   Образ жизни (прием алкоголя, курение, режим питания, режим физической нагрузки, экология окружающей среды).
5. Патологические процессы.[12]

 

1. Влияние биохимических  особенностей организма.

Изучение генетически обусловленных различий в чувствительности к лекарственным средствам составляет предмет фармакогенетики.

Наследственные факторы, определяющие необычные реакции на лекарственное средство, чаще всего представляют собой дефект ферментов, принимающих участие в метаболизме лекарств, но могут встречаться и наследственные анатомические дефекты. Лица, страдающие ферментопатиями генетического характера, как правило, выглядят вполне здоровыми до введения им лекарства, которое их организм не способен метаболизировать. На аномальную реакцию указывают необычные побочные явления, симптомы отравления, устойчивость к лекарству или ослабление его действия. В таких случаях "токсичность" вызывается терапевтическими дозами препарата В основе так называемой лекарственной идиосинкразии, т.е. атипичной реакции организма на медикаментозное воздействие, лежит полиморфизм белков и ферментных систем. Нарушения обмена, ведущие к изменению чувствительности к данному фармакологическому агенту, могут быть связаны как с недостаточностью определенного фермента (в большинстве случаев), так и с избыточным содержанием его в организме. Оба вида нарушений возникают вследствие генных мутаций.[3,18]

2. Влияние физиологических  особенностей.

Влияние возраста на фармакокинетику лекарственных препаратов проявляется, в основном, в крайних возрастных группах:

• у новорожденных и детей до 1 -го года жизни,
• у пожилых людей старше 60 лет.

У новорожденных изменяется всасывание лекарственных препаратов за счет следующих факторов: изменение рН желудочного сока (рН на высоте секреции соляной кислоты составляет у детей месячного возраста 5,8; в возрасте 3-7 месяцев - около 5; 8-9 месяцев - 4,5 и только к 3 годам становится, как у взрослых - 1,5-2,5), поэтому замедляется всасывание лекарственных препаратов кислотного характера; у детей более интенсивно происходит всасывание через кожу, что связано с малой толщиной рогового слоя кожи и с увеличенной гидратацией кожи. В результате могут наблюдаться системные проявления при наружном применении мазей, присыпок.

Распределение лекарственных веществ в организме ребенка существенно отличается от взрослого за счет следующих факторов:

• у новорожденных значительно больше объем внеклеточной жидкости (примерно 40-50% от общей массы тела), и только у детей старше 1 года составляет 20-25%, то есть не отличается от объема у взрослых людей;
• у новорожденных снижено количество жировой ткани;
• значительно снижено связывание лекарственных веществ с белками, так как альбумин у новорожденных обладает пониженной способностью связывать лекарственные вещества и кроме этого в крови новорожденных высокие концентрации свободных жирных кислот и билирубина, которые занимают участки связывания на белке.

У детей снижена активность ферментов, участвующих в биотрансформации лекарственных средств. Экскреция с мочой происходит медленнее, так как выделительная функция почек у новорожденных составляет 30-40% (на единицу поверхности тела) от таковой у взрослых. Поэтому периоды полуэлиминации лекарственных препаратов в несколько раз больше, чем у взрослых. Учитывая все эти особенности, необходимо уменьшать дозы лекарственных препаратов при назначении в детском возрасте. Как правило, у детей старше 5-летнего возраста основные клинико-фармакологические параметры уже мало отличаются от тех же параметров взрослых людей. [12]

У лиц пожилого возраста для большинства препаратов замедленно протекают все фармакокинетические процессы - всасывание, распределение, биотрансформация и экскреция.

Снижение всасывания при пероральном приеме препаратов связано с уменьшением кровотока в кишечнике, снижением желудочной секреции; при внутримышечном и подкожном введениях также уменьшается всасывание в результате замещения хорошо перфузированных тканей соединительной и жировой тканями. Изменение распределения связано с уменьшением тканевой проницаемости, снижением уровня альбуминов в крови (на 15-20 % меньше, чем у молодых), увеличением процента жировой ткани. Скорость биотрансформации снижается из-за уменьшения активности ферментов печени, особенно оксидаз, и уменьшения печеночного кровотока; кроме этого, снижается интенсивность пресистемного метаболизма, вследствие этого может несколько увеличиться биодоступность лекарственных препаратов с высоким эффектом "первичного прохождения". Снижается скорость экскреции в почках в результате уменьшения размеров почки примерно на 20% и уменьшения количества нефронов на 35%. Таким образом, дозы препаратов, назначаемых в старческом возрасте, необходимо также уменьшать.