ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ =
УДК 543.554.61
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ЦЕФАЛОСПОРИНОВЫХ АНТИБИОТИКОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДАХ © 2015 г. О. И. Кулапина*, Н. М. Макарова**, Е. Г. Кулапина**, 1
*Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского 410012 Саратов, ул. Б. Казачья, 112 **Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83 1Е-таИ: kulapinaeg@mail.ru Поступила в редакцию 02.02.2014 г., после доработки 08.07.2014 г.
Разработаны потенциометрические сенсоры на основе ионных ассоциатов цефалексина, цефурок-сима, цефиксима с катионами тетраалкиламмония. Сенсоры обеспечивают широкий диапазон определяемых содержаний цефалоспориновых антибиотиков 1 х 10-4 (1 х 10-5)—1 х 10-2 (0.1) М, значения ст1п р ~ п х 10-5 (10-6) М. Сенсоры можно использовать для определения цефалоспоринов в биологических средах для корректировки и оптимизации курса лечения и для определения основного вещества в лекарственных препаратах.
Ключевые слова: цефалексин, цефуроксим, цефуроксим аксетил, цефиксим, водные среды, ротовая жидкость, суспензия Супракс.
Б01: 10.7868/$004445021504009Х
Беталактамные антибиотики ф-лактамы, Р-1ае) — самая большая группа антимикробных препаратов, составляющая 25% от общего числа антибактериальных средств. Группа включает множество веществ, объединенных наличием в их молекулах Р-лактамного кольца, отвечающего за антимикробную активность. При разрушении Р-лактамного кольца антимикробная активность препарата теряется. Основные особенности и преимущества перед другими группами лекарственных средств связаны со способностью подавлять рост возбудителей инфекций без серьезного побочного воздействия на организм больного [1, 2].
Большую часть Р-лактамных антибиотиков составляют пенициллины и цефалоспорины. В основном это препараты для парентерального применения, которые в настоящее время занимают ведущее место при лечении различных инфекций в стационаре. В амбулаторной практике широко применяют парентеральные и пероральные цефалоспорины 1—111 поколений.
Объектами настоящего исследования являются цефалоспориновые антибиотики различных поколений — цефалексин (I поколение), цефуроксим и цефуроксим аксетил (II поколение), це-
фиксим (III поколение), обладающие бактерицидным эффектом, широким спектром антибактериального действия и применяемые для лечения инфекционно-соматических патологий — инфекций верхних дыхательных путей, инфекций моче-выводящих путей, пиелонефрита легкой и средней тяжести, острого отита у детей и др. [1—4].
Особое место среди цефалоспориновых антибиотиков занимают цефуроксим (цефуробол) и цефуроксим аксетил. Показана [5] возможность ступенчатой терапии цефуроксимом больных с внебольничной пневмонией — парентерально, а затем перорально цефуроксим аксетилом. Уровень содержания цефуроксима в крови при замене цефуроксима на цефуроксим аксетил несколько снижается, но превышает минимальный для основных возбудителей.
Высокая эффективность цефуроксим аксетила отмечена у детей и взрослых с острым средним отитом, а также при стрептококковом тонзиллите, фарингите и синусите. Цефуроксим аксетил можно назначать при стафилококковых инфекциях кожи и мягких тканей (мастит, фурункулы), а также при внебольничных инфекциях мочевыво-дящих путей, главным образом пиелонефрите [4].
Замена карбоксильной группы в цефуроксиме эфирным радикалом (цефуроксим аксетил) придает устойчивость этому соединению в желудочном соке. Известно, что цефуроксим аксетил разлагается в кишечнике до цефуроксима [6] (рН в кишечнике 5.8—6.5) [7].
В настоящее время для определения цефало-спориновых антибиотиков используют спектроскопические, хроматографические, электрохимические и другие методы [8, 9]. Основными методами определения цефалексина, цефуроксима, цефиксима в лекарственных и биологических средах являются хроматография [10, 11], спектроскопия [8, 12, 13], кинетическая спектрофотоме-рия [14] и вольтамперометрия [15, 16]. Многие из перечисленных методов требуют дорогостоящего оборудования, реактивов, высококвалифицированных операторов, занимают длительное время и не применимы для экспресс-контроля содержания антибиотиков в клинических и биохимических лабораториях.
Потенциометрические сенсоры позволяют проводить экспрессное определение различных веществ, в том числе и в микрообъемах проб. Описаны потенциометрические сенсоры, чувствительные к некоторым Р-лактамным антибиотикам [8, 9, 17-19].
В последнее время все большее внимание привлекают простые, безболезненные, неинвазив-ные методы исследования, такие как саливадиа-гностика [20]. Смешанная слюна (ротовая жидкость — ЖРП) обладает огромным спектром свойств, что позволяет применять ее для исследования различных патологических состояний. Существует выраженная связь между характеристиками слюны и параметрами крови [20, 21].
В настоящей работе для экспрессного определения цефалексина, цефуроксима, цефуроксим аксетила, цефиксима в водных средах и ЖРП предложены потенциометрические сенсоры на основе органических ионообменников антибиотиков с катионами тетраалкиламмония.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Изучены цефалоспориновые антибиотики: цефалексин, цефуроксим, цефуроксим аксетил и цефиксим фармакопейной чистоты (табл. 1). Исходные 0.1 М водные растворы антибиотиков го-
товили по точным навескам препаратов в дистиллированной воде; учитывая содержание основного вещества. Рабочие (свежеприготовленные) 1 х х 102— 1 х 10—6 М растворы получали последовательным разбавлением.
В качестве электродноактивных веществ (ЭАВ) мембран сенсоров применяли ионные ас-социаты антибиотиков с катионами тетраал-киламмония (табл. 1). Органические ионообмен-ники образуются по карбоксильной группе исследуемых лекарственных веществ. Например, для цефуроксима:
[(СюН21^]+ + Се&г— — (СюН^^+СеГиг-.
В делительную воронку помещали 1 х 10—2 М раствор ТДА или ДМДСА в хлороформе и водный 1.5 х 10—2 М раствор антибиотика при соотношении объемов растворов антибиотик—соль тетраал-киламмония 1 : 2. Смесь встряхивали 2 ч, хлороформный слой отделяли от водной фазы в предварительно взвешенный бюкс и испаряли хлороформ на водяной бане при 50—60°С для избежания разложения ЭАВ. В качестве инертной матрицы для изготовления мембран использовали поливинилхло-рид (ПВХ) С—70 квалификации ч. д. а., растворитель-пластификатор дибутилфталат (ДБФ).
Для приготовления пластифицированных мембран навески ЭАВ растворяли в ДБФ при непрерывном перемешивании, затем добавляли циклогексанон и ПВХ. Смесь тщательно перемешивали до полной гомогенизации, затем выливали в чашку Петри и оставляли на воздухе до полного удаления циклогексанона. Получали эластичные и прозрачные мембраны толщиной порядка 0.5 мм. Соотношение ПВХ : ДБФ = 1 : 3; концентрацию ЭАВ варьировали в интервале 2.75—5.35% (Се&г1, Се&г2, СеА) и 3.1—3.87% (Сейх).
Изучали жидкостные электроды с пластифицированными мембранами собственного изготовления. К тщательно отшлифованному торцу ПВХ-трубки приклеивали мембранные диски, диаметр которых соответствовал диаметру трубки. Клей получали растворением 0.5 г ПВХ и 0.25 г ДБФ в 5 мл циклогексанона. В качестве внутренних растворов сенсоров применяли смесь (1 : 1) 0.1 М раствор №С1—1 х 10—3 М антибиотика.
Электрохимические характеристики сенсоров изучали, измеряя ЭДС элемента с переносом:
Л§, Л§С1, КС1нас || исслед. раствор | мембрана | внутр. раствор | Л§С1, Л§.
ЭДС цепи измеряли на иономере универсальном И-160 (погрешность измерения ±1 мВ), электрод сравнения — хлоридсеребря-
ный ЭВЛ-1МЗ. Ионную силу (ц = 0.1) поддерживали постояной добавлением 1 М раствора №С1.
Таблица 1. Исследуемые вещества
Название Сокращение Формула
Цефалексин капсулы (Hemopharm, Москва), Cefl O HO
Цефуроксим (цефурабол) порошок для инъекций (ООО "АБОЛмед", Новосибирск), Cefurl O-C-NHWS /=v-C i—CH2-O-C. X vn // 2 NH Von о Lp NH2 1 C OCH3 OH
Цефуроксим аксетил таблетки (Glaxo Operation UK Limited, UK) Cefur2 0=C-NH-|—O On 0 tb NH2 v 1 C OCH3 "O-CH—0-C-CH3 3 1 II 3 CH3 O
Цефиксим гранулы (Гедеон Рихтер, Москва), Cefix h2n cooh L O. 1 .. z® N O V-N CH2 II H H H N H O COOH
Диметилдистеариламмония хлорид ДМДСА C17H35\ ^CH3 C17H35 CH3 Cl-
Тетрадециламмония бромид ТДА C10H21\ XC10H21 N^ CWH2^ C10H21 Br-
Кислотность растворов антибиотиков контролировали с помощью стеклянного и хлоридсереб-ряного электродов на рН-метре рХ-150 М; для осаждения белков и лучшего разделения биологических жидкостей использовали центрифугу MPW-6.
Коэффициенты потенциометрической селективности (К) оценивали методом биионных потенциалов и смешанных растворов.
Для исследования транспортных свойств мембран при постоянном токе использовали четырех-электродную схему, состоящую из пары платино-
вых (токопроводящих) и пары хлоридсеребрянных (регистрирующих) электродов.
Удельную электропроводность (%, См/см) рассчитывали по формуле:
X = (й/п)(г2/Ъм),
где d — толщина мембраны, см; г — радиус мембраны, см.
Для спектрофотометрического изучения состояния антибиотиков в водных и биологических средах готовили исходные растворы (1 мг/мл), а из них готовили растворы с концентрацией
Рис. 1. Спектры поглощения свежеприготовленных водных растворов цефуроксима (а) и на фоне ротовой жидкости (б) при различных концентрациях, мкг/мл: а) 1 — 42.4, 2 — 33.9, 3 — 27.1, 4 — 16.9, 5 — 10; б) 1 — 10.2, 2 — 17, 3 — 42.4.
100 мкг/мл. Регистрировали спектры поглощения водных растворов и на фоне ротовой жидкости при концентрациях цефалоспоринов 1—50 мкг/мл на спектрофотометре Shimadzu иУ-1800 в кварцевых кюветах толщиной 1 см.
Пробы ЖРП последовательно центрифугировали 10—20 мин при 3500 об/мин, затем осаждали белки сульфатом цинка в среде №ОН, снова центрифугировали 10—20 мин при 3500 об/мин. В подготовленные пробы ЖРП вносили различные добавки антибиотиков; регистрировали их спектры поглощения относительно ЖРП без антибиотиков.
Антибиотики в ЖРП определяли для групп практически здоровых лиц (п = 10, средний возраст 21 ± 2 года, внесенные добавки) и больных с инфекцией верхних дыхательны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.