药物制剂的稳定性ppt课件.ppt
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1、第12章 药物制剂的稳定性,内 容 提 要,药物制剂的稳定性包括化学稳定性、物理稳定性、生物活性稳定性、疗效稳定性、毒性稳定性五种稳定性。本章只限药物的化学稳定性,尤其对易水解、易氧化、易互变、易聚合的药物进行重点讨论。包括化学降解途径、化学动力学基础、影响降解的因素与稳定化措施、预测稳定性的方法,为药物制剂的稳定性研究奠定理论基础。药物的化学动力学理论只作衔接性的复习,详细参看物理化学教材。,第一节 概 述,一、研究药物制剂稳定性的意义药物制剂的基本要求是安全、有效、稳定。稳定系指药物在体外的稳定性。产品因不稳定而变质,在经济上可造成巨大损失。抗生素、生化类、蛋白多肽类、维生素及某些液体制剂
2、的稳定性问题甚为突出。 我国已经规定,新药申请必须呈报有关稳定性资料。为了合理地进行剂型设计,提高制剂质量,保证药品疗效与安全,提高经济效益,必须重视药物制剂稳定性的研究。,二、研究药物制剂稳定性的任务,化学稳定性是指药物由于水解、氧化等化学降解反应,使药物含量(或效价)、色泽产生变化。物理稳定性主要指制剂的物理性能发生变化,如混悬剂中药物颗粒结块、结晶生长,乳剂的分层、破裂,胶体制剂的老化,片剂崩解度、溶出速度的改变等。,生物学稳定性一般指药物制剂由于受微生物的污染,而使产品变质、腐败。研究药物制剂稳定性的任务:是探讨影响药物制剂稳定性的因素与提高制剂稳定化的措施,同时研究药物制剂稳定性的试
3、验方法,制订药物产品的有效期,保证药物产品的质量,为新产品提供稳定性依据。,第二节 药物稳定性的化学动力学基础,药物的降解速度与浓度的关系:,零级反应:,一级反应:,半衰期(t1/2):,C=C0-k0t,lgC= kt/2.303+ lgCo或C=Coe-kt,十分之一衰期即有效期(t0.9):,反应级数反应级数是用来阐明反应物浓度与反应速率之间的关系。反应级数有零级、一级、伪一级及二级、分数级反应。多数药物及其制剂可按零级、一级、伪一级反应处理。如果反应速率与两种反应物浓度的乘积成正比的反应,称为二级反应。若其中一种反应物的浓度大大超过另一种反应物,或保持其中一种反应物浓度恒定不变的情况下
4、,则此反应表现出一级反应的特征,故称为伪一级反应。例如酯的水解,在酸或碱的催化下,可用伪一级反应处理。,一、水解(一)酯类药物的水解含有酯键药物的水溶液,在H+或OH-或广义酸碱的催化下,水解反应加速。如盐酸普鲁卡因水解生成对氨基苯甲酸与二乙胺基乙醇,此分解产物无明显的麻醉作用。,第三节 制剂中药物化学降解途径,(二)酰胺类药物的水解酰胺类药物水解以后生成酸与胺。如氯霉素在水中发生酰胺水解,生成氨基物与二氯乙酸。还有青霉素类、头孢菌素类、巴比妥类也易属于此类水解。,(三)其它药物的水解如阿糖胞苷、维生素B、地西泮、碘苷等药物的降解,主要也是水解作用,二、氧化,氧化也是药物变质最常见的反应。药物
5、氧化分解常是自动氧化,即在大气中氧的影响下进行缓慢的氧化过程。药物氧化后,效价损失,还可能产生颜色或沉淀或不良气味,严重影响药品的质量,甚至成为废品。,氧化,(一)酚类药物 如肾上腺素、左旋多巴、吗啡、去水吗啡、水杨酸钠等。(二)烯醇类药物 维生素C是这类药物的代表,分子中含有烯醇基,极易氧化,氧化过程较为复杂。,氧化,(三)其它类药物 芳胺类如磺胺嘧啶钠,吡唑酮类如氨基比林、安乃近,噻嗪类如盐酸氯丙嗪、盐酸异丙嗪等。易氧化药物要特别注意光、氧、金属离子对其的影响,以保证产品质量。,三、其它反应(一)异构化光学异构化(optical isomerization):外消旋化作用(racemiza
6、tion)和差向异构(epimerization)。几何异构(geometric isomerization):顺式与反式异构体。(二)聚合聚合(polymerization)是两个或多个分子结合在一起形成的复杂分子。(三)脱羧,第四节 影响药物制剂降解的因素及稳定化方法,一、处方因素:一)pH值的影响二)广义酸碱催化的影响三)溶剂的影响四)离子强度的影响五)表面活性剂的影响六)处方中基质或赋形剂的影响,(一)pH的影响许多酯类、酰胺类药物受H+或OH-催化水解、这种催化作用也叫专属酸碱催化(specific acid-base catalysis)或特殊酸碱催化,此类药物的水解速度,主要由p
7、H决定。pH对速度常数K的影响可用下式表示: k = k0 + kH+ H+ + kOH- OH-,H很低时,主要是酸催化:lgk = lgkH+ pHpH较高时,主要是酸催化: lgk = lgkOH- + lgKw + pH,lgk,V型 pH-速度图,lgk,S型 pH-速度图,根据上述动力学方程可以得到反应速度常数与pH关系的图形,称pH-速度图。在此图上最低点所对应的横座标,即为最稳定pH,以pHm表示。,确定最稳定的pH是溶液型制剂处方研究首先要解决的问题。pHm可以通过下式计算:,pHm = pKw lg,一般是通过实验求得,方法如下:保持处方中其它成分不变,配制一系列不同pH的
8、溶液,在较高温度(恒温,例如60C)下进行加速实验。求出各种pH溶液的速度常数(k),然后以lgk对pH作图,就可求出最稳定的pH。在较高恒温下所得到的pHm一般可适用于室温,不致产生很大误差。,一般药物的氧化作用,也受H+或OH-的催化,因为一些反应的氧化-还原电位依赖于pH值。如吗啡(醌与氢醌)在pH4以下较为稳定,在pH5.5-7.0之间反应速度迅速增加。为了研究药物的降解,需查阅资料或通过实践找出其最稳定的pH范围,并调节pH。,H调节剂常用的是盐酸与氢氧化钠。为了不再引入其它离子而影响药液的澄明度等原因,生产上常用与药物本身相同的酸和碱,如氨茶碱用乙二胺,马来酸麦角新碱用马来酸,硫酸
9、卡那霉素用硫酸调节pH值。为了保持药液的pH不变,常用磷酸、枸橼酸、醋酸及其盐类组成的缓冲系统来调节,但使用时要注意广义酸碱催化的影响。 pH调节要同时考虑稳定性、溶解度和疗效三个方面。,(二)广义酸碱催化的影响根据Bronsted-Lowry酸碱理论,给出质子的物质叫广义的酸,接受质子的物质叫广义的碱。有些药物也可被广义的酸碱催化水解称广义的酸碱催化(General acid-base catalysis)或一般酸碱催化。常用的缓冲剂如醋酸盐、磷酸盐、枸橼酸盐、硼酸盐均为广义的酸碱。 观察药物在缓冲溶液中的分解情况,确定该缓冲剂是否对药物有广义的酸碱催化作用。为了减少这种催化作用的影响,在实
10、际生产处方中,缓冲剂应用尽可能低的浓度或选用没有催化的缓冲系统。,(三)溶剂的影响非水溶剂介电常数的对易水解药物的稳定性影响:,lgk = lgk,以lgk对1/作图可得一直线,如果药物离子与攻击的离子的电荷相同,则所得直线的斜率将是负的。此时在处方中采用介电常数低的溶剂将降低药物分解的速度。相反,若药物离子与进攻离子的电荷相反,如专属碱对带正电荷的药物的催化,那么采取介电常数低的溶剂,就不能达到稳定药物制剂的目的。溶剂对稳定性的影响比较复杂,需深入研究。,(四)离子强度的影响 在制剂处方中,往往加入电解质调节等渗,或加入盐(如一些抗氧剂)防止氧化,加入缓冲剂调接pH。因而存在离子强度对降解速
11、度的影响:,lgk = lgko + 1.02ZAZB,lgk-lgk0,线:相同电荷离子之间的反应,如药物离子带负电,并受OH-催化,加入盐使溶液离子强度增加,则分解反应速度增加;线:如果药物离子带负电,而受H+催化,则离子强度增加,分解反应速度低;线:如果药物是中性分子,因ZAZB=0,离子强度增加对分解速度没有影响。,(五)表面活性剂的影响一些溶剂水解的药物,加入表面活性剂可使稳定性的增加,这是因为表面活性剂在溶液中形成胶束(胶团),形成一层所谓“屏障”,阻止攻击离子进入胶束与药物反应。但要注意,表面活性剂有时使某些药物分解速度反而加快,故须通过实验,正确选用表面活性剂。(六)处方中基质
12、或赋形剂的影响一些半固体剂型如软膏、霜剂,药物的稳定性与制剂处方的基质有关。如聚氧乙二醇能促进氢化可的松的分解,有效期仅6个月。栓剂基质聚氧乙二醇也可使乙酰水杨酸分解,产生水杨酸和乙酰聚乙二醇。维生素U片采用糖粉和淀粉为赋形剂,则产品变色,若应用磷酸氢钠,再辅以其它措施,产品质量则有所提高。,一些片剂的润滑剂对乙酰水杨酸的稳定性有一定影响,见下表。生产乙酰水杨酸片时不应使用硬脂酸镁这类润滑剂,而须用影响较小的滑石粉或硬脂酸。,(一)温度的影响一般来说,温度升高,反应速度加快。根据Vant Hoff规则,温度每升高10C,反应速度约增加2-4倍(仅为粗略的估计)。 Arrhenius方程定量地描
13、述了温度与反应速度之间的关系,是药物稳定性预测的主要理论依据。药物制剂在制备过程中,需要加热溶解、灭菌等操作,应考虑温度对药物稳定性的影响,制订合理的工艺条件。对热特别敏感的药物,如某些抗生素、生产制品,要根据药物性质,设计合适的剂型,生产中采取特殊的工艺,同时产品要低温贮存,以保证产品质量。,二、外界因素对药物制剂稳定性的影响及解决方法,(二)光线的影响有些药物分子受辐射(光线)作用使分子活化而产生分解的反应叫光化降解(photodegradation),其速度与系统的温度无关。这种易被光降解的物质叫光敏感物质。光敏感药物如硝普钠、氯丙嗪、异丙嗪、核黄素、氢化可的松、强的松、叶酸、维生素A、
14、B、辅酶Q10、硝苯啶等。药物结构与光敏感性可能有一定的关系,如酚类和分子中有双键的药物。一般对光敏感的药物制剂,制备过程中要避光操作,选择包装甚为重要。这类药物制剂应采用棕色玻璃瓶包装或容器内衬垫黑纸,避光贮存。,(三)空气(氧)的影响大气中的氧进入制剂的主要途径,一方面是氧在水中有一定的溶解度;另一方面在药物容器空间的空气中,也存在着一定量的氧。除去氧气是防止氧化的根本措施。生产上一般在溶液中和容器空间通入惰性气体如CO2或N2,置换其中的氧。添加抗氧剂(antioxidants),可分为水溶性抗氧剂与油溶性抗氧剂两大类。有一些药物能显著增强抗氧剂的效果,通常称为协同剂(synergist
15、s),如枸橼酸、酒石酸、磷酸等。焦亚硫酸钠(或亚硫酸氢钠)常用于弱酸性药液,亚酸酸钠常用于偏碱性药液。使用抗氧剂时,还应注意主药是否发生相互作用。,(四)金属离子的影响制剂中微量金属离子主要来自原辅料、溶剂、容器以及操作过程中使用的工具等。微量金属离子对自动氧化反应有显著的催化作用。要避免金属离子的影响,应选用纯度较高的原辅料,操作过程中不要使用金属器具,同时还可加入螯合剂如依地酸盐或枸橼酸、酒石酸、磷酸、二巯乙基甘氨酸等附加剂,有时螯合剂与亚硫酸盐类抗氧剂联合应用,效果更佳。依地酸二钠常用量为0.005%-0.05%。,(五)湿度和水分的影响空气中湿度与物料中水分对固体药物制剂的稳定性的影响
16、特别重要。水是化学反应的媒介,固体药物吸附了水分以后,在表面形成一层液膜,水解或氧化分解反应就在膜中进行。微量的水均能加速不稳定药物的分解。药物是否容易吸湿,取决其临界相对湿度(CRH%)的大小。极易吸湿原料药物如氨苄青霉素的水分含量一般在1%左右,水分含量越高分解越快。 研究水分对药物稳定性影响时,一般是将样品放在不同无机盐的饱和溶液的器皿(密闭)中恒温一定时间,以获得不同的环境湿度,然后测定反映样品稳定性的各项指标,确定水分对样品稳定性的影响。,(六)包装材料的影响 包装设计主要排除热、光、水汽及空气(氧)因素对储藏药物制剂的干扰,同时要考虑包装材料与药物制剂的相互作用;包装容器材料常使用
17、玻璃、塑料、橡胶及一些金属。玻璃理化性能稳定,不易与药物作用,不能使气体透过,为目前应用最多的一类容器。但玻璃释放碱性物质和脱落不溶性玻璃碎片。此外,棕色玻璃能阻挡波长小于470nm的光线透过,光敏感的药物可用棕色玻璃包装。,塑料是聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯等一类高分子聚合物的总称。药用包装塑料应选用无毒塑料制品,但塑料容器存在透气性、透湿性、吸着性问题。包装材料的选择十分重要, 高密度聚乙烯, 常用于一般片剂, 胶囊剂的包装;但装液体制剂要慎重。橡胶广泛用作塞子、垫圈、滴头等,它可吸附溶液中的主药和抑菌剂,特别对于抑菌剂的吸附可使抑菌效能降低,此点不能忽视。鉴于包装材
18、料与药物制剂稳定性关系较大。因此,在包装设计产品试制过程中,要进行“装样试验”,对各种不同的包装材料进行认真的选择。,(一)改进药物剂型或生产工艺1.制成固体剂型 凡是在水溶液中证明是不稳定的药物,一般可制成固体制剂。2. 制成微囊或包合物 如维生素A制成微囊稳定性有很大提高。也有将维生素C、硫酸亚铁制成微囊,防止氧化。有些药物可以用环糊精制成包合物。3. 采用直接压片或包衣工艺 一些对湿热不稳定的药物,可以采用直接压片或干法制粒。包衣是解决片剂稳定性的常规方法之一。,三、药物制剂稳定化的其它方法,(二)制成难溶性盐一般药物混悬液降解只决定其在溶液中的浓度,而不是产品中的总浓度。所以将容易水解
19、的药物制成难溶性盐或难溶性酯类衍生物,可增加其稳定性。水溶性越低,稳定性越好。例如青霉素钾盐,可制成溶解度小的普鲁卡因青霉素G(水中溶解度为1:250),稳定性显着提高。青霉素还可与N, N-双苄乙二胺生成青霉素G(长效西林),其溶解度进一步减小(1:6000),故稳定性更佳,可以口服。,第五节 固体药物制剂稳定性的特点及降解动力学,一、固体药物制剂稳定性的特点(一)固体药物与固体剂型稳定性的一般特点 1.固体药物的特点固体药物一般分解较慢,需要较长时间和精确的分析方法;固体状态的药物分子相对固定,不象溶液那样可以自由移动;一些易氧化的药物,氧化作用往往限于固体表面,而将内部分子保护起来,以致
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