6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Электрофорез_лекарственных_веществ_Улащик_В_С

Глава 4

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Вопрос о количественных закономерностях электрофореза лекарственных веществ – один из актуальнейших для этого метода: совершенно очевидно, что без их знания не приходится серьезно говорить о дозировании и оптимизации лекарственного электрофореза. Несмотря на определенные успехи в изучении данного вопроса, он все еще весьма далек от своего окончательного решения. Вместе с тем многие аспекты этой важной проблемы уже удалось выяснить, что мы и попытаемся отразить в настоящей главе.

4.1. Законы Фарадея и лекарственный электрофорез

Прежде многие авторы для количественных расчетов при лекарственном электрофорезе пользовались уравнениями законов электролиза Фарадея. Однако тщательные исследования, в том числе и наши собственные, убедительно показали, что электрофорез лекарств через кожу и слизистые оболочки количественно не подчиняется законам М. Фарадея, описывающим электрогенныйпереносвеществвсвободныхрастворах(В.Г.Колб, 1959; В. С. Улащик, 1960–1974).

Причин такого несоответствия свободного переноса веществ и транспорта их через кожу электрическим током много. Основная причина неподчинения лекарственного электрофореза законам Фарадея связана с проявлением кожей электрохимической активности (Д. А. Фридрихсберг и соавт., 1951, 1956; Е. М. Лапинская, И. А. Сытинский, 1958; В. С. Улащик, 1974 и др.). Кожа представляет собой отрицательную мембрану мелкопористого типа, в порах которой формируется двойной электрический слой.

60

Наличие в порах кожи, являющихся основными путями введения лекарств в организм при электрофорезе, двойного электрического слоя препятствует свободному чрескожному транспорту лекарственных веществ. Чем меньше размеры капилляра, тем существеннее влияние двойного электрического слоя на перенос веществ. Диаметр пор (межклеточные щели, выводные протоки желез) кожи не превышает 30 миллимикрон (Ф. И. Колпаков, 1973; К. Hashimoto, 1971) и при таком их размере мембрана весьма существенно тормозит перенос ионов через нее по сравнению со свободным раствором (Д. А. Фридрихсберг и соавт., 1956). Пра­ вомерность такого объяснения подтверждают и многочисленные эксперименты с фармакологическими агентами, изменяющими пористость кожи. Предварительная обработка кожи гиалуронидазой, разрыхляющей ее эпидермальный и соединительнотканный слои, приводит к повышению эффективности электрофореза и приближает его к свободному транспорту (В. А. Бандарин и соавт., 1973). Аппликации формалина, который вызывает сужение кожных пор, наоборот, сопровождаются увеличением отклонения электрофореза веществ от их переноса в свободных растворах (Е. М. Лапинская, И. А. Сытинский, 1958).

Можно назвать и ряд других причин, тормозящих электрофоретический перенос веществ через кожу и определяющих неподчинение его законам электролиза. Кстати, некоторые из них лежат и в основе неглубокого проникновения лекарств в организм при их электрофорезе, о чем речь уже шла выше. Укажем важнейшие из них.

1.При прохождении постоянного тока через ткани, как уже отмечалось, возникает электрическая поляризация, наиболее выраженная у полюсов, в том числе и у активного электрода (электрода с лекарственным веществом). Поскольку ток поляризации имеет направление, противоположное используемому для электрофореза, то, разумеется, он будет препятствовать электрофоретическому введению лекарств в организм (А. Е. Щербак, 1936; J. Ipser, 1958, 1961 и др.).

2.В коже и других тканях, а также в рабочих лекарственных растворах имеется большое количество высокоподвижных

61

ионов, в том числе гидроксильных и водородных, которые берут на себя перенос значительного количества электричества и тем самым уменьшают количество вводимого электрофорезом основ­ ного лекарственного вещества. Поэтому, например, применение ионообменных (катионитовых или анионитовых) мембран, улучшение очистки используемого лекарственного препарата и проведение других мероприятий, препятствующих движению ионов воды или паразитарных ионов, значительно повышают эффективность электрофореза, а количество вводимого вещества приближается к теоретическому, рассчитанному согласно законам Фарадея (В. А. Гиря, 1967; Е. Н. Цыгир и соавт., 1970, 1972 и др.).

3.На поверхности кожи образуется защитная пленка (химическая мантия), состоящая из кожного жира, пота и отшелушивающегося рогового слоя (А. С. Рабен, 1965; Ф. И. Колпаков, 1973; О. Д. Мяделец, В. П. Адаскевич, 1997; H. Kleine-Natrop, 1960 и др.). Она препятствует проникновению в кожу лекарственных веществ, нанесенных на ее поверхность. В электрогенном движении лекарств этот барьер не играет столь большой роли, как при диффузии веществ через кожу, но его существование, как мы могли убедиться, снижает эффективность электрофореза лекарственных веществ. Удаление этой защитной пленки

споверхности кожи сопровождалось повышением количества вводимых электрофорезом лекарств (В. С. Улащик, 1976).

4.Отклонение электрофоретического транспорта лекарств через кожу от законов Фарадея неодинаково у различных лекарственных веществ и зависит от многих факторов. Представляется важным оценить степень несоответствия электрического транспорта ионов через кожу и в свободных растворах. Если бы электрофорез лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки подчинялся законам Фарадея, то прохождение тока в 96 493 кулона сопровождалось бы переносом 1г-экв. иона, а 1 кулон – соответственно 0,0104 мг-экв. иона (1000 мг-экв.: 96 493 = 0,01036 мг-экв.). Сопоставление этой величины с экспериментально определенными реальными значениями проникновения веществ через кожу при электрофорезе показало, что последние

62

ниже расчетных данных и существенно варьируют в зависимости от различных факторов, прежде всего от их размеров. От этих же факторов зависит и общее количество вводимого электрофорезом вещества в организм. Принято считать, что в среднем в организм за процедуру (продолжительность 20 мин) вводится около 5% лекарства, находящегося в рабочем растворе или на прокладке, а колебания этой величины могут составлять от

1–2 до 10%.

Таким образом, сегодня можно считать твердо установленным, что электрофорез лекарств как через кожу, так и через слизистые оболочки не подчиняется законам электролиза Фарадея. Как степень отклонения лекарственного электрофореза от законов свободного переноса веществ электрическим током, так и общие количественные закономерности метода зависят от ряда факторов. Их условно можно разделить на три основные группы

(В. С. Улащик, 1975):

1)физико-химические параметры лекарств и рабочих растворов;

2)условия проведения процедуры;

3)морфо-функциональные свойства кожи (слизистых оболочек).

К рассмотрению их влияния на количественные закономерности лекарственного электрофореза мы и переходим.

4.2.Влияние физико-химических характеристик веществ и растворов на лекарственный электрофорез

Скорость движения ионов в электрическом поле, как хорошо известно, определяется прежде всего их физико-химическими параметрами (радиус, гидратация, валентность, полярность), а также концентрацией в растворе. Эти параметры, как показали наши исследования и будет продемонстрировано ниже, лежат и в основе различий электрофореза лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки.

Размеры веществ. На количество вводимого электрофорезом вещества значительное влияние оказывают их размеры (ра-

63

диус). Согласно полученным нами многочисленным данным (табл. 9), чем меньше размеры вещества, тем больше его проникает из раствора (с прокладок) в организм при электрофорезе. Более того, связь между этими величинами довольно тесная (r = −07 – −0,9), а графически для простых ионов изображается в виде линий, удовлетворительно описываемых уравнением прямой (рис. 19).

Таблица 9. Количественная характеристика электрофореза

через кожу различных веществ, в мг-экв/Кл∙103

Вещество (ион)	Заряд	Радиус, Å	Количество введенного вещества
Литий	+1	0,60	6,46±0,07
Натрий	+1	0,95	6,01±0,22
Медь	+1	0,96	5,89±0,14
Калий	+1	1,33	5,48±0,26
Новокаин	+1	4,53	2,91±0,14
Хлор	−1	1,81	4,08±0,11
Бром	−1	1,95	3,75±0,04
Йод	−1	2,20	3,40±0,06
Роданид	−1	1,95	3,55±0,10
Аскорбиновая кислота	−1	3,25	2,39±0,19
Никотиновая кислота	−1	2,40	3,78±0,28

Рис. 19. Зависимость количества введенного вещества от его радиуса для одно- (1), двух- (2) и трехвалентных (3) катионов

64

Эта закономерность в основном сохраняется и в отношении сложных лекарственных веществ, по крайней мере для изученных нами препаратов (В. С. Улащик, 1974–1976).

Знак и величина заряда. В одной из серий исследования нами сравнивалось проникновение через кожу при электрофорезе веществ, отличающихся величиной заряда. Эти данные обобщены в табл. 10 и частично уже были представлены выше.

Таблица 10. Проникновение в организм вводимых электрофорезом

веществ с различными физико-химическими параметрами

Вещество (ион)	Заряд	Радиус, Å	Количество введенного
			вещества, мг-экв/Кл∙103
Литий	+1	0,60	6,46±0,07
Натрий	+1	0,95	6,01±0,22
Медь	+1	0,96	5,89±0,14
Калий	+1	1,33	5,48±0,26
Новокаин	+1	4,53	2,91±0,14
Тиамин	+1	4,97	2,01±0,24
Хлор	−1	1,81	4,08±0,11
Бром	−1	1,95	3,75±0,04
Йод	−1	2,20	3,28±0,06
Роданид	−1	1,95	3,55±0,10
Никотиновая кислота	−1	2,40	2,76±0,28
Аскорбиновая кислота	−1	3,25	2,39±0,19
Медь	+2	0,51	5,70±0,16
Магний	+2	0,65	5,39±0,06
Цинк	+2	0,74	5,19±0,09
Кальций	+2	1,06	4,63±0,10
Барий	+2	1,43	4,01±20
Гексоний	+2	5,26	1,21±0,09
Бензогексоний	+2	5,30	1,16±0,10
Сульфат	−2	2,30	2,86±0,16
Алюминий	+3	0,50	4,36±0,05
Кобальт	+3	0,64	4,01±0,14
Железо	+3	0,83	3,76±0,04
Сурьма	+3	0,90	3,48±0,20

Согласно полученным данным, с увеличением зарядности (валентности) иона его введение в организм с помощью постоянного тока уменьшается. Обращает на себя внимание и зависи-

65

мость эффективности электрофореза от знака зарядов ионов. Сопоставление данных по электрофорезу анионов и катионов, имеющих примерно одинаковые размеры, позволяет утверждать, что через кожу лучше проникают положительно заряженные ионы (вещества). Более строгое доказательство неодинакового проникновения катионов и анионов получено нами в специальной серии исследований с амфотерными соединениями, полярность которых зависит от рН рабочего раствора (табл. 11).

Таблица 11. Сравнение проницаемости кожи для катионной

и анионной форм сложных амфолитов

	Амфолит	Количество введенного вещества, мг/Кл
		катионная форма	анионная форма
	Метионин	1,62±0,16	1,19±0,11
	Гиалуронидаза	0,246±0,018	0,160±0,021
	Фибринолизин	0,185±0,026	1,134±0,019
	Пролин	1,26±0,14	1,06±0,12
	Гистидин	1,49±0,12	0,85±0,09

Из приводимых данных хорошо видно, что в катионной форме эти вещества проникают в значительно большем количестве, чем при введении их как анионов. Следовательно, при использовании для электрофореза амфолитов следует отдавать предпочтение введению их постоянным током в организм с анода, т. е. из кислых растворов, рН которых смещен в кислую сторону от изоэлектрической точки вещества.

Различия в проникновении катионов и анионов могут быть объяснены с позиций электрохимической активности кожи. Поскольку поверхность пор кожи и ее электрофизиологический барьер, как уже отмечалось, имеют отрицательный заряд, то это уже само по себе (в соответствии с законом Кулона) должно препятствовать движению анионов и, наоборот, ускорять транспорт катионов, что и наблюдается в действительности. По этой же причиневдиффузионнойобкладкедвойногоэлектрическогослоя, формирующегося в порах кожи на границе ткань/жидкость, будут преобладать катионы. Последнее должно приводить к луч-

66

шему проникновению при электрофорезе через кожу катионов по сравнению с анионами.

Весьма доказательны в этом отношении результаты нижеприводимых исследований. Е. М. Лапинской и И. А. Сытинским (1958) показано, что перезарядка изолированной кожи путем обработки формалином в кислой среде резко увеличивала перенос анионов (хлора). Изменение электрического заряда поверхности пор кожи вызывалось нами с помощью ионогенных красителей (В. С. Улащик, 1974, 1976). Катионоидные красители, которые уменьшают отрицательный заряд поверхности пор, повышали проницаемость кожи для вводимых электрофорезом анионов

иснижали ее для катионов. Анионоидные красители вызывали прямо противоположный эффект.

Некоторые авторы (Н. А. Барсуков, 1971; А. П. Парфенов, 1973) априори указывают на существенную зависимость количества вводимого электрофорезом вещества от его гидратации

имолекулярного веса. Для большей убедительности эти утверждения нуждаются в экспериментальной проверке.

Концентрация раствора. Вопрос о влиянии концентрации

рабочих растворов на количество вводимого электрофорезом вещества как имеющий принципиальное значение для медицинской практики уже давно служит предметом теоретических дискуссий и научных исследований.

Рядом авторов априорно или на основании косвенных исследований высказывалась точка зрения, что при увеличении концентрации раствора адекватно возрастает количество вводимого в организм вещества (И. Я. Шаферштейн, 1938; Н. Б. Познанская, 1944; С. М. Шамраевский, 1957; Е. В. Демин, 1964 и др.). Отдельные исследователи (Б. М. Бродерзон, 1928; А. Р. Киричинский, 1959 и др.) вообще отрицают значение концентрации используемых растворов в физиологическом и лечебном действии лекарственного электрофореза. Большинство же современных авторов указывают, что хотя с увеличением вещества в растворе и повышается его проникновение в организм, однако последнее происходит гораздо медленнее, чем изменение концентрации ра­ бочего раствора (И. А. Абрикосов и соавт., 1953; Н. А. Барсуков,

67

1973; И. И. Колкер, 1950; А. А. Шатров и соавт., 1972; J. Ipser, 1957, 1961; Н. Pratzel, 1987; J. Kahn, 1977, 1982, 2000 и др.). Вы-

полненные нами многочисленные, в том числе и количественные, исследования не только позволили более определенно решить данный вопрос, но и сделать некоторые практические рекомендации, уже применяющиеся в медицинской практике

(В. С. Улащик, 1973, 1974, 1986).

Согласно выполненным нами прижизненным исследованиям (табл. 12), с увеличением концентрации вещества в растворе возрастает его поступление в организм при электрофорезе через кожу. Однако характер влияния концентрации раствора на введение вещества электрическим током неодинаков при различных ее значениях. Зависимость между этими величинами близка к прямолинейной в области низких концентраций (обычно до 1%), затем влияние концентрации внешнего раствора на проникновение веществ в организм при электрофорезе заметно ослабевает (1–5%), а переход к высококонцентрированным растворам (выше 5%) практически не сопровождается изменением количества вводимого электрофорезом вещества (рис. 20).

Столь своеобразное (относительное) влияние концентрации внешнего раствора на электрофорез лекарственных веществ мы склонны объяснять участием в нем гидроксильных, водородных и других (паразитарных) ионов, присутствующих в растворах наряду с лекарственными. Электрофоретическая подвижность ионов воды в 3–5 раз выше, чем остальных ионов, а поэтому, несмотря на их относительно низкую концентрацию в лекарственных растворах, они оказывают заметное влияние на введение лекарственных веществ в организм с помощью постоянного то­ ка. При этом чем выше относительная концентрация посторонних ионов (при низкой концентрации лекарственных веществ в растворе), тем более существенно их участие в электрофорезе. Изменением соотношения между лекарственными и посторонними ионами вполне можно объяснить то, что количество введенного электрофорезом вещества вначале увеличивается с рос­ том концентрации рабочего раствора, затем достигает предельного значения и далее остается постоянным. С помощью

68

Таблица 12. Зависимость количества введенного электрофорезом вещества

от концентрации его в рабочем растворе, мг/Кл

Вещество			Концентрация раствора, %
	0,5	1,0	2,0		5,0	10,0
Аскорбиновая кислота	0,231±0,016	0,406±0,019	0,689±0,047		0,957±0,044	0,994±0,031
Гепарин	0,229±0,034	0,387±0,022	0,561±0,042		0,672±0,020	0,711±0,029
Бензогексоний	0,399±0,035	0,660±0,041	0,835±0,061		0,916±0,047	0,940±0,041
Новокаин	0,582±0,041	0,796±0,019	0,879±0,033		0,9254±0,061	0,966±0,025
Метионин	0,6421±0,071	1,076±0,108	1,533±0,203		1,702±0,088	1,753±0,165
Ганглерон	0,360±0,040	0,564±0,067	0,727±0,081		0,790±0,064	0,802±0,085
Салицилат натрия	0,347±0,019	0,601 ±0,064	0,834±0,032		0,985±0,044	1,019±0,120
Тиамин	0,570±0,037	0,842±0,055	1,145±0,096		1,263±0,125	1,296±0,157
Никотиновая кислота	0,518±0,040	0,754±0,070	0,942±0,056		1,010±0,086	1,066±0,103

69