Планирование условий пробоподготовки лекарственных препаратов на основе фармацевтической субстанции диосмина

Полный текст

Обоснование

Выбор доступных и объективных методов контроля качества лекарственных препаратов на основе фармацевтической субстанции диосмина — одна из важных практических задач фармацевтического анализа. Пробоподготовка как важный этап количественного анализа в значительной степени определяет метрологические характеристики всей методики в целом. В большинстве лекарственных препаратов, получаемых в виде таблетированных лекарственных форм, диосмин находится в составе микронизированной флавоноидной фракции, что можно считать причиной низкой эффективности его извлечения методом твердо-жидкостной экстракции [4–6].

Цель исследования — определение оптимальных условий пробоподготовки некоторых лекарственных препаратов на основе фармацевтической субстанции диосмина с применением математического планирования эксперимента.

Материалы и методы

Для исследования использовали следующие лекарственные препараты в виде таблетированных лекарственных форм: Детралекс 1000 мг, Венарус 900 мг, Детравенол 1000 мг, Флебавен 1000 мг, Флебофа 600 мг, Флебодиа 600 мг.

В качестве параметра оптимизации была выбрана эффективность экстракции (далее — степень извлечения диосмина из исследуемой лекарственной формы, %). Основные факторы, влияющие на параметр оптимизации: концентрация натрия гидроксида (экстрагент), моль/л; концентрация ацетонитрила (растворитель для разрушения мицеллярных структур диосмина), %; время экстракции, мин; время центрифугирования, мин; концентрация аммония сульфата (высаливающий реагент), %.

Уровни варьирования указанных факторов при проведении пробоподготовки представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Уровни варьирования факторов, влияющих на степень извлечения диосмина из лекарственных препаратов (таблетированных лекарственных форм) / Table 1. Factor levels of diosmin extraction from drugs (tablet formulation)

Фактор	Уровни варьирования
	–1	0	+1
X1 — концентрация раствора натрия гидроксида, моль/л	0,1	0,05	0,02
X2 — концентрация ацетонитрила, % (от объема водной фазы)	50,0	25,0	–
X3 — время экстракции, мин	5,0	10,0	20,0
X4 — время центрифугирования, мин	5,0	10,0	20,0
X5 — добавление электролита аммония сульфата, %	10,0	5,0	–

 

Оценку степени извлечения диосмина проводили по схеме многофакторного трехуровневого планирования экспериментов с применением плана Бокса – Бенкена (5 факторов, 2 блока, 46 опытов) с помощью пакета прикладных программ Statistica 6.0 [2, 3]. Уровень доверительной вероятности принимали равным 95 %. Для получения математической модели процесса твердо-жидкостной экстракции диосмина были реализованы две повторности плана после его рандомизации [1].

Результаты и обсуждение

Для каждого лекарственного препарата, содержащего диосмин, были получены 2 блока (массива) данных по величине степени извлечения методом твердо-жидкостной экстракции. Статистические характеристики данных степени извлечения диосмина из лекарственных препаратов представлены в табл. 2. Оценка мер симметричности распределения показала, что наиболее симметричными являются распределения результатов эффективности экстракции для лекарственных препаратов Детралекс 1000 мг и Флебавен 1000 мг, значения коэффициентов асимметрии равны 0,08 и 0,05 соответственно. Отрицательные значения эксцесса для всех лекарственных препаратов свидетельствуют о «закругленности» графиков распределения полученных величин.

 

Таблица 2. Статистические характеристики данных эффективности экстракции диосмина из лекарственных препаратов / Table 2. Statistical parameters of diosmin extraction from drugs (tablets)

Лекарственные препараты	Блоки выборки, n = 46	Среднее значение, xср	Медиана, m	Стандартное отклонение, S	Асимметрия	Эксцесс	Уровень значимости критерия Колмогорова – Смирнова
Детралекс	Блок 1	71,51	71,04	9,52	0,09	–0,13	>0,2
	Блок 2	67,34	66,23	11,57	0,38	–0,25	>0,2
Венарус	Блок 1	84,81	82,88	7,68	0,65	–0,38	>0,2
	Блок 2	84,91	83,52	7,77	0,66	–0,32	>0,2
Детравенол	Блок 1	84,49	83,90	7,22	0,57	–0,25	>0,2
	Блок 2	84,36	83,18	7,62	0,72	–0,41	>0,2
Флебавен	Блок 1	77,39	78,06	11,93	0,05	–0,37	>0,2
	Блок 2	77,39	78,06	11,93	0,05	–0,37	>0,2
Флебодиа	Блок 1	76,71	75,19	11,42	0,49	–0,49	>0,2
	Блок 2	75,91	73,26	11,50	0,63	–0,46	>0,2
Флебофа	Блок 1	78,08	78,01	11,27	0,53	–0,47	>0,2
	Блок 2	76,91	75,26	10,27	0,50	–0,42	>0,2

 

Уровень значимости критерия Колмогорова – Смирнова p > 0,2 подтверждает возможность аппроксимации полученных распределений законом нормального распределения.

На рис. 1 представлены средства визуальной оценки соответствия распределения массива данных эффективности экстракции диосмина закону нормального распределения на примере лекарственного препарата Детралекс 1000 мг. Гистограмма распределения адекватно описана кривой нормального распределения Гаусса, диаграмма разброса данных (медиана с интервалами нижнего и верхнего квартилей) симметрична.

 

Рис. 1. Гистограмма распределения (а), диаграмма разброса данных эффективности экстракции диосмина (б) на примере лекарственного препарата Детралекс, 1000 мг / Fig. 1. Categorized histogram (а), histogram of vairiability of the efficiency of diosmin extraction (b) from drugs through the example of tablets Detralex®, 1000 mg

 

В табл. 3 приведен ряд параметров, используемых для проверки достоверности моделей регрессии, описывающих экстракцию диосмина из лекарственных препаратов.

 

Таблица 3. Статистические параметры для проверки достоверности моделей регрессии экстракции диосмина из лекарственных препаратов / Table 3. Statistical parameters for validation of regression models of diosmin extraction from drugs (tablets)

Лекарственный препарат	r	Fфакт	r2	p	SS
Детралекс	0,89	29,50	0,79	<0,05	4,66
	0,83	17,93	0,69	<0,05	6,82
Венарус	0,84	18,63	0,70	<0,05	4,46
	0,86	22,81	0,74	<0,05	4,20
Детравенол	0,85	21,37	0,73	<0,05	4,00
	0,84	18,74	0,70	<0,05	4,42
Флебавен	0,92	46,82	0,85	<0,05	4,83
	0,92	45,44	0,85	<0,05	5,17
Флебодиа	0,87	25,56	0,76	<0,05	5,91
	0,85	21,33	0,73	<0,05	6,37
Флебофа	0,87	25,94	0,76	<0,05	5,80
	0,86	23,18	0,74	<0,05	5,52

Примечание. Объяснение cтатистических параметров см. в тексте.

Note. For an explanation of the statistical parameters, see the text.

 

Математическая модель, описывающая зависимость ключевого параметра оптимизации от значений влияющих факторов, приведена в виде функции ω = f (X₁, X₂, X₃, X₄, X₅). Для проверки уравнения регрессии рассчитаны коэффициенты множественной корреляции (r), их значения варьировались в пределах 0,8–0,9, что говорит о сильной связи между показателем эффективности экстракции диосмина и набором факторных показателей (рассматриваемых параметров твердо-жидкостной экстракции). Для того чтобы оценить, какая часть вариации результативного показателя связана с вариацией факторных показателей, необходим коэффициент детерминации (r²). Данный коэффициент принимает значения от 0 до 1, и чем ближе значение коэффициента к 1, тем сильнее зависимость, причем при r² > 0,5 математическую модель следует считать приемлемой.

Статистическую надежность множественной регрессии оценивали с помощью критерия Фишера (F), который проверяет нулевую гипотезу о статистической незначимости параметров регрессионных уравнений. Для этого сравнивали фактические значения F-критерия с табличными (F_табл) по заданному уровню значимости и числу степеней свободы. Для нашего исследования F_табл (df₁ = 5 и df₂ = 40) имеет значение 2,45. Полученные фактические значения критерия Фишера F_факт находятся в пределах от 17,93 до 46,82.

Таким образом, в проведенном регрессионном анализе для экстракции диосмина все значения F_факт превышают значение F_табл. Это значит, что с вероятностью более 95 % принимается гипотеза, что полученные данные не случайны и сформированы под влиянием существенных факторов.

Величина коэффициента детерминации r² для анализируемых лекарственных препаратов находится в диапазоне значений от 0,69 до 0,85, что интерпретируется как хорошее соответствие модели экспериментальным данным и говорит о высокой точности аппроксимации.

Значения выборочной дисперсии (SS) находятся в достаточно узком интервале значений — 4,00–6,82.

На основании данных математических регрессионных моделей (табл. 4.) — набора коэффициентов множественной линейной регрессии для каждого экспериментального блока данных по диосминсодержащим лекарственным препаратам — следует, что при твердо-жидкостной экстракции диосмина из всех лекарственных препаратов влияние большинства исследуемых факторов на его степень извлечения практически отсутствует (или крайне мало). Выраженное влияние на извлечение диосмина проявляет только фактор X₁ — концентрация раствора натрия гидроксида.

 

Таблица 4. Коэффициенты уравнений множественной линейной регрессии для экстракции диосмина из лекарственных препаратов / Table 4. Regression coefficients (multiple linear regression) of diosmin extraction from drugs (tablets)

Лекарственный препарат	Независимый член уравнения	X1	X2	X3	X4	X5
Детралекс	100,74	–603,17	–0,14	0,47	0,0050	–0,92
	81,96	–749,83	0,12	2,52	–0,11	1,62
Венарус	103,60	–761,04	–0,072	1,02	0,60	–0,091
	108,53	–754,35	0,16	–0,32	0,55	0,15
Детравенол	106,33	–687,66	–0,11	0,59	0,21	0,12
	118,39	–822,46	–0,080	–0,48	–0,51	0,270
Флебавен	106,58	–852,01	0,19	–0,32	1,15	–0,62
	122,24	–745,40	0,034	–0,34	–1,69	–0,11
Флебодиа	102,95	–998,76	0,066	1,12	–0,10	1,61
	125,96	–1156,33	0,29	–0,98	–0,53	–0,79
Флебофа	100,41	–1053,99	–0,16	1,56	1,10	0,52
	105,42	–925,95	0,19	0,081	0,50	–0,084

Примечание. Объяснение параметров X₁–X₅ см. в табл. 1.

Note. For an explanation of the parameters X₁–X₅, see Table 1.

 

Для визуализации изучаемого процесса и представления взаимодействий факторов, определяющих эффективность экстракции диосмина, строили карты Парето для стандартизованных эффектов. На рис. 2 представлены вышеуказанные карты для варианта экстракции диосмина из лекарственного препарата Венарус 900 мг.

 

Рис. 2. Карты Парето стандартизованных эффектов для экстракции диосмина на примере лекарственного препарата Венарус, 900 мг (L — линейные эффекты, Q — квадратичные эффекты) / Fig. 2. Pareto charts of the standardized effects of diosmin extraction through the example of Venarus®, 900 mg (L — linear effects, Q — quadratic effects)

 

Из анализа представленных карт Парето следует, что изменение значения концентрации натрия гидроксида в экстрагенте ведет к значимому влиянию на величину эффективности экстракции диосмина, что подтверждает результаты множественного регрессионного анализа. Остальные эффекты (факторы экстракции) существенного влияния не оказывают.

Для визуализации математической модели влияния параметров экстракции для изучаемого соединения получали графические изображения в виде поверхностей отклика и контурных диаграмм зависимости эффективности экстракции от выбранных факторов (рис. 3). На диаграмме наглядно продемонстрирована эффективность экстракции в зависимости от уровня влияния факторов.

 

Рис. 3. Поверхность отклика (a) и контурная диаграмма (b) зависимости эффективности экстракции диосмина от факторов Х₁ и Х₅ (на примере лекарственного препарата Флебофа, 600 мг) / Fig. 3. Response surface (a) and contour diagram (b) of the dependence of diosmin extraction recovery on factors X₁ and X₅ (through the example of Phlebopha®, 600 mg)

 

Из контурной диаграммы следует, что выраженное значение имеет концентрация раствора натрия гидроксида, и с приближением ее значения к 0,02 моль/л растет эффективность экстракции диосмина. Дальнейшее увеличение концентрации натрия гидроксида приводит к снижению степени извлечения диосмина, что связано с более низкой гидрофильностью продуктов его щелочного гидролиза. Другой фактор, например, добавление высаливающего агента аммония сульфата, влияния не оказывает.

Заключение

Таким образом, в результате исследования проведена оценка влияния ряда факторов, определяющих извлечение диосмина из лекарственных препаратов Детралекс 1000 мг, Венарус 900 мг, Детравенол 1000 мг, Флебавен 1000 мг, Флебофа 600 мг, Флебодиа 600 мг. Для каждого лекарственного препарата получены математические модели, описывающие процедуру твердо-жидкостной экстракции. Наиболее значимым фактором, определяющим эффективность экстракции диосмина из лекарственных препаратов (таблетированных лекарственных форм), является концентрация натрия гидроксида. Другие исследуемые факторы (концентрация ацетонитрила, время экстракции, время центрифугирования, добавление электролита аммония сульфата) значимого влияния не оказывают. Оптимальной концентрацией натрия гидроксида в экстрагенте можно считать значение 0,02 моль/л. При этом повышение концентрации выше 0,02 моль/л не приводит к увеличению эффективности экстракции, а, напротив, приводит к ее снижению из-за возможного гидролиза молекулы диосмина.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Александр Васильевич Воронин

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.v.voronin@samsmu.ru

доктор фармацевтических наук, доцент, заведующий кафедрой химии Института фармации

Россия, Самара

Александр Вячеславович Карпов

ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: karpov.sasha111@gmail.com

аспирант кафедры химии Института фармации

Россия, Самара

Список литературы

Дополнительные файлы