Анализ лекарственных средств и форм, содержащих β-лактамиды (пенициллины, цефалоспорины) и аминогликозиды (стрептомицина сульфат, канатиц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ лекарственных  средств и форм, содержащих β-лактамиды (пенициллины, цефалоспорины) и аминогликозиды (стрептомицина сульфат, канатицина сульфат, гентамицина сульфат,амикацин)

 

 

 

 

Оглавление

 

 

Общая характеристика производных  β-лактамидов и аминогликозидов

β-лактамиды и аминогликозиды относятся к антибиотикам — большой группе органических соединений с различной химической структурой, обладающих выраженной биологической направленной активностью. Антибиотики — это химиотерапевтические вещества, образуемые микроорганизмами или полученные из других природных источников, а также их производные и синтетические продукты, обладающие способностью избирательно подавлять в организме больного возбудителей заболевания или задерживать развитие злокачественных новообразований.

Антибиотики отличаются от других лекарственных средств гетерогенностью, т.е. многокомпонентностью состава. Например, аминогликозид гентамицин состоит из 3 компонентов; в солях беизидпенициллина сумма пенициллинов должна быть не менее 96,0%, а содержание бензидпенициллина — не менее 90,0%.

Для каждого антибиотика  существует фермент, который его  инактивирует. Например, ленициллиназа инактивирует природные и некоторые полусинтетические пенициллины.

Оценка качества природных  и полусинтетических антибиотиков проводится по токсичности, которая определяется биологическими методами на животных.

Значительную часть антибиотиков выпускают в виде герметически укупоренных сухих рассыпок вследствие их нестабильности в водных растворах.

Антибиотики занимают первое место среди препаратов, вызывающих побочные реакции; это прямая токсичность, дисбактериозы, нефро- и ототоксичность (стрептомицин), аллергические реакции (пенициллин).

Поскольку антибиотики  в большинстве случаев являются смесями веществ, их активность определяется в единицах действия (ЕД). Метод основан  на сравнении угнетения роста  тест-микроорганизма определенными концентрациями испытуемого препарата с угнетением роста известными концентрациями стандартного препарата антибиотика.

 

 

1. β- лактамиды

К β-лактамным антибиотикам относятся пенициллииы и цефалоспорины. Они имеют сходную химическую структуру: содержат β-лактамное кольцо и являются N-ацильными производными соответствующих аминокислот — 6-аминопенииилдановой (пенициллины) и 7-аминоцефалоспорановой или 7-амииодезацетоксицефалоепорановой (цефалоспорины).

 

1.1. Пенициллины

Бензил пенициллин открыт А. Флемингом (1929) и до сих пор широко используется в медицине.

К природным пенициллинам относят бензилпенициллин и феноксиметилпенициллин. Бензилпенициллин является довольно сильной кислотой, гигроскопичен, быстро инактивируется и поэтому применяется в виде солей с неорганическими и органическими основаниями. Феноксиметилпенициллин обладает большей устойчивостью, применяется в виде кислоты.

Соли бензилпенициллина и феноксиметипенициллина активны в отношении грамположительных микроорганизмов (относительно узкий спектр действия), неустойчивы к действию кислот и пенициллазы.

Эти недостатки природных пенициллинов стимулировали поиск новых антибиотиков. В конце 50-х гг. XX столетия начались работы по созданию активных полусинтетических антибиотиков на основе 6-аминопенициллановой кислоты (6-АПК). Ацилирование 6-АПК хлорангидридами различных кислот позволило получить ряд полусинтетических пенициллинов, устойчивых к кислотам, пенициллиназе и имеющих более широкий, спектр действия.

 

 

 

 

 

Рис. 1. Форма выпуска пенициллинов.

 

1.1.1. Химические  строение и физико-химические  свойства

В основе строения пенициллинов лежит 6-АПК, которая представляет собой гетероциклическую систему, состоящую из 2 конденсированных колец: четырехчленного - β-лактамного (В) и пятичленного — тиазолидинового (А) (рис. 2). 6-AПК является дипептидом, состоящим из L-цистеина и L-валина.

Пенициллины отличаются друг от друга строением ацильного  остатка в аминогруппе 6-АПК.

Рис. 2. Общая формула  пенициллинов.

 

Пенициллины представляют собой белые или почти белые кристаллические порошки. Пенициллины со свободной карбоксильной группой в 3-м положении (например, феноксиметилпенициллин, ампициллин, амоксициллин) мало растворимы в воде. Соли щелочных металлов (натриевая и калиевая соли бензил пенициллина, натриевые соли оксациллина, ампициллина, динатриевая соль карбенмциллина) легко растворимы в воде; соли органических оснований (новокаиновая соль бензил пенициллина) мало растворимы в воде.

Соли бензилпенициллина  неустойчивы в растворах и  разрушаются при приеме внутрь (в кислой среде), феноксиметилпенициллин более устойчив в кислой среде и может применяться внутрь в виде таблеток.

Зависимость между химическим строением и биологическим действием  пенициллинов представлена на рис. 3.

 

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость между химическим строением и биологическим действием пенициллинов.

 

1 - характер радикала определяет степень связывания пенициллина белками; 2 - заместитель в о-положении фенильного радикала влияет на устойчивость к пенициллиназе; 3 - характер связи фенильного радикала с метиленовой группой определяет кислотоустойчивость пенициллинов; 4 - заместитель атома водорода в метиленовой группе определяет спектр действия пенициллина; 5 - расщепление β-лактамной связи приводит к исчезновению свойств антибиотика и появлению аллергического действия; 6 - заместитель в карбоксильной группе дает возможность получения солевых форм пенициллинов; П - пенициллиназа расщепляет β-лактамное ядро; А - амидаза расщепляет амидную связь.

 

1.1.2. Химические  свойства и реакции подлинности

Наиболее лабильной частью молекулы пенициллина является β-лактамное кольцо, которое подвергается гидролитическому расщеплению под действием щелочей, кислот, фермента пенициллиназы с потерей биологической активности (рис. 4).

Реакция щелочного гидролиза  пенициллинов используется в гидроксамовой реакции, в количественном йодометрическом определении пенициллинов.

 

 

 

 

 

Рис. 4. Щелочи и пениниллиназа гидролизуют β-лактамное кольцо с образованием неактивной пенициллоиновой кислоты.

 

1.1.3. Гидроксамовая реакция

Гидроксамовая реакция основана на наличии β-лактамного кольца в молекуле пенициллина. При взаимодействии пенициллинов со щелочным раствором гидроксиламина гидрохлорида происходит реакция гидроксиламинолиза с образованием гидроксамовой кислоты, которая после подкисления образует окрашенные комплексные соли с солями тяжелых металлов: с солями железа (Ш) фиолетового цвета раствор гидроксамата железа (III) и зеленого цвета осадок гидроксамата меди (II)  
(рис. 5).

 

 

 

 

 

 

 

Гидроксамат железа (III) Гидроксамат меди (II)

(красно-фиолетовый раствор) (зеленый осадок)

Рис. 5. Гидроксамовая  реакция.

 

1.1.4. Образование  пенилловой и пенициленовой кислот, их использование в анализе

Под действием кислот пенициллины инактивируются с образованием пенилловой (при рН 2,0) и пеницилленовой (при рН 5,0) кислот. В обоих случаях на 1-м этапе расщепляется β-лактамный цикл с образованием пенициллоиновой кислоты. Затем происходит конденсация карбоксильной или амидной группы с гидроксильной группой ацильного радикала (рис. 6).

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Образование пенилловой и пенициленовой кислот.

 

1.1.5. Реакция  с реактивом Марки

Пенициллины с реактивом Марки (раствор формалина в концентрированной серной кислоте) образуют окрашенные продукты. Наиболее характерной эта реакция является для феноксиметилпенициллина (красное окрашивание при комнатной температуре и углубление окраски при нагревании). Реакция протекает за счет феноксиуксусной кислоты, которая образуется из феноксиметилпенициллина при действии концентрированной серной кислоты.

Фенол с реактивом Марки образует ауриновый краситель красного цвета. Ампициллин и амоксициллин за счет остатка аминокислоты в ацильной части молекулы дают реакцию с нингидрином и солями меди (II) (с реактивом Фединга или раствором меди сульфата).

 

1.1.6. Испытания  на чистоту

Пенициллины могут легко изменяться пол влиянием внешних воздействий, поэтому для них обязательным является испытание на прозрачность и цветность.

Все препараты оптически активны (правовращающие). УФ-спектрофотометрия используется для определения посторонних примесей. Поглощение при 320 им обусловлено образованием тиольной формы пенициллоиновой кислоты.

 

1.1.7. Методы  количественного определения

Количественное определение  пенициллинов проводят йодометрическим методом. Соли бензилпенициллина растворяют в воде, а феноксиметилпенициллин — в фосфатном буфере с рН 7,0. Затем добавляют раствор гидроксида натрия и оставляют на 20 мин. После щелочного гидролиза к смеси прибавляют соляную кислоту, раствор ацетатного буфера (рН 4,5) и избыток 0,01 н. раствора йода. Оставляют на 20 мин в темном месте и титруют избыток 0,01 н. раствора йода 0,01 и. раствором натрия тиосульфата. Параллельно проводят контрольный опыт с таким же количеством препарата, но без щелочного гидролиза.

При щелочном гидролизе  происходит раскрытие β-лактамного кольца с образованием пенициллоиновой кислоты в открытой тиольной форме. Пенициллоиновая кислота при рН 4,5 гидролизуетея в присутствии окислителя (йод) до пенальдиновой кислоты и пеницилламина, которые окисляются раствором йода соответственно до дегидроиенальдиновой и пеницилламиновой кислоты (1).

1.1.8. Спектр  противомикробного действия

Природные пениииллины: грамположительные и грамотрицательные  кокки (за исключением пенициллиназообразующих  штаммов эпидермального и золотистого  стафилококков, энтерококков), палочки (листерии, дифтерийная, сибиреязвенная палочки), спирохеты (бледная спирохета, лептоспиры, боррелии), спорообразующие анаэробы (клостридии), споронеобразующие анаэробы (пептострептококки, фузобактерии), актиномицеты.

В связи с широким применением спектр действия природных пенициллинов в последнее время сузился за счёт селекции штаммов с вторичной резистентностью. До сих пор сохраняется высокая чувствительность к препаратам у стрептококков, менингококков, пневмококков. При инфекциях, обусловленных указанными микроорганизмами, бензилпенициллин считают препаратом выбора (однако некоторые штаммы пневмококков стали устойчивыми к низким концентрациям бензилпенициллина).

Полусинтетические пениииллины: пенициллиназоустойчивые пенициллины имеют спектр противомикробного действия, аналогичный таковому природных пенициллинов, а также воздействуют на пенициллиназообразующие стафилококки. Ампициллин и амоксициллин имеют аналогичный природным пенициллинам спектр действия, а также дополнительно влияют на энтерококки, сальмонеллы, шигеллы, протей, кишечную палочку, гемофильную палочку. Карбенициллин, тикарциллин (карбоксипенициллины), азлоциллин, пиперациллин (уреидопенициллины) дополнительно действуют на бактероиды (в высокой концентрации) и некоторые Штаммы синегнойной палочки.

 

1.1.9. Фармакокинетика  природных пенициллинов

Все соли бензилпенициллина  применяют парентерально, так как  в желудке они разрушаются  соляной кислотой, а в кишечнике  — пенициллиназами, вырабатываемыми  кишечной микрофлорой.

Сmax бензилпенициллина натриевой или калиевой соли в сыворотке крови зависит от величины введённой дозы. При назначении средней разовой дозы (1000000 ЕД для чувствительных микроорганизмов) концентрация быстро снижается и уже через 6 ч оказывается ниже среднетерапевтической (0,2 ЕД/мл для высокочувствительных микроорганизмов, например гемолитических стрептококков группы А, и 0,06 ЕД/мл для пневмококков). При необходимости бактерицидного действия на малочувствительные микроорганизмы и преодоления вторичного снижения чувствительности многих штаммов грамположительных бактерий концентрация пенициллинов в сыворотке крови должна превышать среднюю терапевтическую в 5-10 раз, что может быть достигнуто введением больших доз препарата (5000000-60000000 ЕД/сут и более). Препараты в незначительной степени связываются с белками плазмы крови (17-67%).

При парентеральном введении антибиотик быстро и хорошо проникает  в лёгкие, печень, почки, миометрий, несколько хуже — в миокард, костную  ткань. Концентрация бензилпенициллина в большинстве тканей существенно (в 2-3 раза) ниже, чем в плазме. В серозные и синовиальные полости бензилпенициллин проходит медленно и обнаруживается там в низких концентрациях. В высоких концентрациях препарат содержится в жёлчи и моче.

Через ГЭБ бензилпенициллин проникает слабо, однако при менингите, гестозах, гипоксических состояниях, а также у недоношенных детей и новорождённых проницаемость ГЭБ для препарата повышена. В незначительной степени препарат проникает во внутриглазную жидкость, ткани предстательной железы.