XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование отдельных физико-химических свойств некоторых противовоспалительных лекарственных препаратов
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Лекарственный препарат - это вещество или смесь веществ синтетического или природного происхождения в виде лекарственной формы (таблетки, капсулы, растворы, мази) применяемых для профилактики, диагностики и лечения заболеваний. Успехи техники и развитие ряда научных дисциплин в XIX веке, особенно химии, сделали возможным синтез значительного количества веществ, не существовавших ранее, но обладающих новыми, нужными людям терапевтическими действиями. Это - антипирин, пирамидон, аспирин, парацетамол и многие другие.
Сегодня предлагают более 100 различных болеутоляющих средств, и почти все они содержат в качестве основного ингредиента аспирин. Ибупрофен, парацетамол также является одними из самых популярных болеутоляющих препаратов в мире. Без них не обходится ни одна домашняя аптечка. Поэтому мы исследовали качественный состав и некоторые физические и химические свойства аспирина в сочетании с парацетамолом и ибупрофена, чтобы понять действие препаратов на организм человека. А также мы провели опрос среди учащихся 8 классов.
Цель работы: выяснить физико-химические, фармакологические свойства аспирина в сочетании с парацетамолом, ибупрофена
Задачи: 1. Познакомиться группой нестероидных противовоспалительных препаратов
2.Рассмотреть фармакологические свойства аспирина в сочетании с парацетамолом и ибупрофена
3.Изучить побочные эффекты препаратов
4.Изучить физико - химические свойства препаратов
5.Провести анкетирование учащихся, о применении нестероидных противовоспалительных препаратов
Обзор литературы
-
Основные фармакологические свойства и побочные эффекты аспирина
Весной 2019 года исполнилось 120 лет со дня рождения аспирина.
Салициловая кислота была впервые выделена из ивовой коры итальянским химиком Рафаэлем Пириа в 1838 году, Феликс Хоффман в 1897 г стал первым химиком, получившим салициловую кислоту химически чистой и в стабильной форме.
В 1950 году Аспирин был увековечен в Книге рекордов Гиннесса как, самое продаваемое обезболивающее. В 1997 году Аспирин бьет все возможные рекорды, став самым продаваемым безрецептурным препаратом в мире.
Ацетилсалици́ловая кислота́ ( Acidum acetylsalicylicum, салициловый эфир уксусной кислоты) — лекарственное средство, оказывающее анальгезирующее (обезболивающее), жаропонижающее, противовоспалительное действие, относится к группе нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВС)
Механизм действия и профиль безопасности ацетилсалициловой кислоты хорошо изучены, её эффективность клинически апробирована, в связи с чем, данный препарат входит в список важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения, а также в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств Российской Федерации.
Противовоспалительное действиеацетилсалициловой кислоты (и других салицилатов) объясняется её влиянием на воспалительные процессы: уменьшением проницаемости капилляров, понижением активности гиалуронидазы, ограничением энергетического обеспечения воспалительного процесса путём торможения образования АТФ. В механизме противовоспалительного действия имеет значение ингибирование биосинтеза простагландинов. Жаропонижающее действие связано также с влиянием на гипоталамические центры терморегуляции. Анальгезирующий эффект обусловлен влиянием на центры болевой чувствительности.
Ацетилсалициловая кислота является ингибитором циклооксигеназы (ЦОГ). Аспирин не должны принимать люди, которые страдают аллергией на ибупрофен или напроксен, или которые имеют непереносимость салицилата или более выраженную непереносимость лекарственных средств к неспецифическим противовоспалительным средствам (НПВС), и следует проявлять осторожность у пациентов с бронхиальной астмой, вызванной астмой или НПВС. Из-за его воздействия на слизистую оболочку желудка производители рекомендуют людям с пептическими язвами, легким диабетом или гастритом обратиться за медицинской помощью перед использованием аспирина. Даже если ни одно из этих состояний не присутствует, риск желудочного кровотечения все ещё увеличивается, когда аспирин принимается с алкоголем. Люди с гемофилией или другими тенденциями кровотечения не должны принимать аспирин или другие салицилаты. Люди с заболеваниями почек, подагрой не должны принимать аспирин, потому что это препятствует способности почек выделять мочевую кислоту, что может усугубить эти состояния. Аспирин не следует давать детям или подросткам для контроля симптомов простуды или гриппа, поскольку это связано с синдромом Рея.
Аспирин и другие НПВС могут вызывать аномально высокие уровни содержания калия в крови. 9 июля 2015 года FDA ужесточило предупреждения повышенного сердечного приступа и риска инсульта, связанные с нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВС). Применение аспирина в качестве НПВС требует высоких доз, что повышает риск развития побочных эффектов, таких как аллергические реакции и кровотечения. Поэтому к 1950 году в Великобритании он перестал использоваться как НПВС при ревматоидном артрите.
2.Основные фармакологические свойства и побочные эффекты парацетамола
Внедрен в медицинскую практику в 1886году
Парацетамол – также как и аспирин не рецептурный лекарственный препарат, это анальгетик и антипиритек из группы анилидов. Полное название согласно химической номенклатуре : параацетиламинофенол. Фармакологическая группа , к которой относится препарат – ненаркотические анальгетики, включая нестероидные и другие противовоспалительные средства. Парацетамол – это центральный ненаркотический анальгетик, имеет слабые противовоспалительные свойства, но не является нестероидным противовоспалительным препаратом, в отличие от ибупрофена и аспирина , парацетамол воздействует на нервную систему. Входит в список важнейших лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения, в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных препаратов РФ.
Механизм действия: блокирует обе формы фермента циклооксигеназы (ЦОГ), ингибируя синтез простогландинов. Действует преимущественно в центральной нервной системе, воздействуя на центы боли и терморегуляции. В периферических тканях клеточные пероксидазы нейтрализуют влияние парацетамола на ЦОГ , поэтому нет противовоспалительного эффекта, и нет от отрицательного влияния на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и водно – солевого обмена ( задержка ионов Na+ и воды).
Парацетамол применяют в качестве жаропонижающего и противовоспалительного средства
Побочные эффекты парцетамола : гепатотоксичен, действует угнетающе на факторы свертывания крови, действует угнетающе на астму и экзему. Парацетамол не помогает уменьшать воспаление , в отличие от аспирина, безопасен для детей. Парацетамол имеет меньше побочных эффектов желудочно-кишечного тракта, по сравнению с ибупрофеном.
3. Основные фармакологические свойства и побочные эффекты ибупрофена
В 1952 году Стюарт Адамс пришел работать в отдел исследований компании Boots Pure Drug Company Ltd. Перед ним была поставлена цель - найти новое средство для лечения ревматоидного артрита, которое не уступало бы по эффективности стероидам, но не обладало характерными для этой группы препаратов серьезными побочными эффектами. При этом исследователь сосредоточился на изучении противовоспалительных свойств некоторых лекарственных средств, в частности, ацетилсалициловой кислоты. Этот препарат был разработан в 1897 году и является первым нестероидным противовоспалительным средством (НПВС). В поисках более безопасной альтернативы стероидам, доктор Стюарт Адамс пригласил на работу химиков - доктора Джона Николсона и Колин Барроуз. Они провели первичный и вторичный скрининг активности более 600 химических соединений, пока не нашли вещество, которое стоило попробовать на пациентах в клинике. За время исследовательского поиска до стадии клинических исследований дошли четыре соединения. Среди них: 2-(4-изобутилфенил)-пропионовой кислоты и ибупрофен. 12 января 1962 года ибупрофен был зарегистрирован Британским патентным бюро под названием «Бруфен», а спустя семь лет он был одобрен в качестве лекарственного средства для лечения ревматоидного артрита, отпускаемого по рецепту.
С 1974 года ибупрофен стал применяться под торговым названием «Мотрин» в США в качестве болеутоляющего и жаропонижающего препарата.
В 1983 году в Великобритании ибупрофен впервые получил статус безрецептурного препарата. Его коммерческий успех был поистине потрясающий - уже к концу 1985 года более 100 миллионов человек применяли этот препарат.
Самый яркий момент в истории ибупрофена был в 1985 году, когда фирма Boots была удостоена Королевской награды в знак признания научно-технических достижений в разработке этого препарата.
Невероятно, но в настоящее время ежегодно производится 20 000 тонн ибупрофена. Доктор Стюарт Адамс за свои исследования был удостоен звания почетного доктора наук Университета Ноттингема и награжден двумя синими мемориальными табличками Королевского химического общества.
Ибупрофен является нестероидным противовоспалительным препаратом (НПВП). Обладает противовоспалительной, анальгетической и умеренной жаропонижающей активностью. В основе механизма его действия существенную роль играет ингибирование биосинтеза простагландинов E и F как на центральном, так и на периферическом уровне.
Имеются данные о стимулирующем влиянии ибупрофена на образование эндогенного интерферона и его способности оказывать иммуномодулирующее действие и улучшать показатель неспецифической резистентности организма.
Ибупрофен оказывает при ревматоидном артрите более выраженное действие в начальных стадиях воспалительного процесса без резких изменений суставов. По силе действия он несколько уступает ортофену, индометацину, но лучше переносится.
Применяют для лечения ревматоидного артрита, деформирующего остеоартроза, анкилозирующего спондилита и при различных формах суставных и внесуставных ревматоидных заболеваний, а также болевого синдрома при некоторых воспалительных поражениях периферической нервной системы.
В последнее время ибупрофен всё чаще применяют как антипиретик для симптоматического лечения лихорадочных состояний при инфекционных заболеваниях (грипп, ОРВИ и т. п.), в том числе у детей. С 2007 года в России ибупрофен у детей до года должен применяться по рецепту врача, так как профиль его безопасности уступает парацетамолу, который действует только на центральном уровне. Кроме того, ибупрофен нельзя применять у детей-астматиков, у хронически болеющих детей, а также у пациентов с гастритами и язвой ЖКТ.
Физические свойства веществ
Таблетки «Аспирина» содержат активный ингредиент ацетилсалициловую кислоту, которая представляет собой уксусный эфир салициловой кислоты.
Полное химическое наименование ацетилсалициловой кислоты :
2-ацетокси-бензойная кислота Молекулярная формула :C9H8O4
Температура плавления:133 – 138 0 С, Константа диссоциации: pKa 3.7
Таблетки « Ибупрофен» содержит (RS)-2-(4-изобутилфенил)-пропионовая кислота, молекулярная формула C13H18O2, температура плавления 75 -78 0 С
Таблетки «Аскофен» и « Цитрамон» помимо аспирина содержат парацетамол N-(4-гидроксифенил ) ацетамид, молекулярная формула C8H9N02, температура плавления 169 0 С, плотность 1,263 г/см 3, растворимость в воде 12,78 г/кг при 20 0 С
Химические свойства
Идентификация
При нагревании с гидроксидом натрия (NaOH) в водном растворе ацетилсалициловая кислота гидролизуется до салицилата натрия и ацетата натрия. При закислении среды салициловая кислота выпадает в осадок и может быть идентифицирована по температуре плавления (156-1600С). Другим методом идентификации салициловой кислоты, образующейся при гидролизе, является окрашивание её раствора в тёмно-фиолетовый цвет при добавлении хлорида железа (III). Ацетилсалициловая кислота может быть идентифицирована также при помощи различных хроматографических методов.
Ибупрофен содержит фенильную группу, но не содержит фенол, поэтому не может быть идентифицирован хлоридом железа (III).
Растворимость
Ацетилсалициловая кислота плохо растворяется в воде, хорошо растворяется в эфире и хлороформе и легко растворяется в 96% этаноле.
Растворимость ацетилсалициловой кислоты в воде и водных средах сильно зависит от уровня рН. При рН=2 её растворимость в воде не превышает 60 мкл/л, однако быстро увеличивается по мере повышения значения рН (увеличение щёлочности) в связи с усиливающейся диссоциацией
Парацетамол – белый или кремовый кристаллический порошок , легко растворим в спирте, нерастворим в воде
Ибупрофен белый или почти белый кристаллический порошок или бесцветные кристаллы. Растворимость. Легко растворим в ацетоне, метаноле, метиленхлориде, практически нерастворим в воде. Растворим в разбавленных щелочных растворах гидроксидов и карбонатов
Материалы и методы
Предмет исследования: аспирин в сочетании с парацетамолом , ибупрофен
Расчет молекулярной массы препаратов
Произведем расчет молекулярной массы по известным молекулярным формулам аспирина C9H8O4, парацетамола, ибупрофена с использованием таблицы Периодической системы Д.И.Менделеева
Определение массовой доли действующего вещества в различных лекарственных формах
Расчет массовой доли действующего вещества, на примере ацетилсалициловой кислоты , производился по формуле
Омега ацетилсадициловой кислоты = масса ацетилсадициловой кислоты \ массу таблетки
Массовую долю ацетилсадициловой кислоты выражаем в процентах
Определение растворимости препаратов в воде.
Растерли в ступке таблетки каждого из лекарств. Обозначили пробирки под номерами №1, № 2, № 3, № 4 . Перенесли в пробирки по 0,1 г каждого лекарства. Добавили в каждую пробирку 10-15 мл воды и отметили растворимость лекарств в воде. Нагрели на спиртовке пробирки с веществами (примерно 30 с) до повышения температуры, чтобы приблизить максимально к условиям внутри организма.
Определение кислотности среды.
Использовали индикатор метилоранж, для определения кислотности среды. Продуктами гидролиза являются фенолпроизводное (салициловая кислота) и уксусная кислота, следовательно, необходимо использовать индикатор для выявления кислотных свойств. В пробирки с исследуемыми растворами аспирина добавили по капле индикатора метилоранжа.
Определение растворимости препаратов в этаноле.
Внесли в пробирки по 0,1 г лекарственных препаратов и добавили 10 мл этанола.
Определение фенолпроизводных в растворе.
Для качественного определения фенолпроизводного (салициловой кислоты) в растворе необходимо взять FeCl3. При его добавлении к раствору появляется фиолетовое окрашивание.
Взболтали по 0,1 г каждого препарата с 10-15 мл воды и добавили несколько капель хлорида железа (III). При этом наблюдали темное коричнево-фиолетовое окрашивание.
Изучение влияния препаратов на рост мукора.
Методика исследования: поместить в четыре чашках Петри кусочки хлеба, обозначить каждую чашку номерами (№1, 2, 3, 4, 5 соответственно), смочить кусочек хлеба в №1 водой (контрольный образец), в №2, №3, №4, №5 – растворами ацетилсалициловой кислоты, аскофена, цитрамона, ибупрофен Пробы выдержали в теплом , влажном месте.
Анкетирование учащихся
В ходе беседы с учащимися 8 класса были заданы следующие вопросы:
1.Какие лекарственные средства вы наиболее часто используете при головной боли? 2. Где вы берете лекарства? Покупаете ли вы лекарства сами?
3. В каких целях вы используете аспирин, аскофен, цитрамон , ибупрофен? 4.Насколько доступны эти лекарственные препараты для детей? 5.Знаете ли вы о побочных эффектах применения аспирина, аскофена, цитрамона, ибупрофена?
Результаты и выводы
Материалы.
Для исследований взяты образцы лекарственных средств находящиеся в доступной продаже:
-
Ацетилсалициловая кислота выпускается для приёма внутрь в виде таблеток по 0,5 г (для взрослых) ( «Фармстандарт - Лексредства (Россия)
-
Таблетки «Аскофен- П» ( ОТИСИФАРМ АО (Россия). Содержат кислоты ацетилсалициловой и парацетамол по 0,2 г и кофеина 0,04 г
-
Таблетки «Цитрамон- П» ( ОАО «Фармстандарт - Лексредства (Россия). Содержат кислоты ацетилсалициловой 0,24 г, парацетамол 0,18 г, кофеина 0,03 г, какао 0,015 г, кислоты лимонной 0,02 г.
-
Таблетки «Ибупрофен » под пленочной оболочкой содержат 0,4 г ибупрофена (ОАО «Синтез»)
Расчет относительной молекулярной массы препаратов
Произведем расчет молекулярной массы, с использованием таблицы Периодической системы Д.И.Менделеева
Аспирин Mr (C9H8O4) = 12 х 9 + 1 х 8 + 16 х 4 = 180
Ибупрофен Mr (C13H18O2) = 12х13 + 18+ 16х2 = 206
Парацетамол Mr (C8H9NO2) = 12х8 + 9 + 14 + 16х2 = 151
Определение массовой доли лекарственных веществ в различных торговых лекарственных формах
Средний вес 1 таблетки 0,5 г
В образце № 1 омега (ацетилсалициловая кислота) = 100%
В образце № 2 омега (ацетилсалициловая кислота) = (0. 2/0.44)х 100 = 45%
В образце № 2 омега (парацетамола) = (0. 2/0.44)х 100 = 45%
В образце № 3 омега (ацетилсалициловая кислота) =( 0,24/0.485 ) х100% = 49%
В образце № 3 омега (парацетамола) = (0. 18/0.485)х 100 = 37%
В образце № 4 омега (ибупрофена) = 100%
Растворимость препаратов в воде
Ацетилсалициловая кислота, согласно физическим свойствам малорастворимая в холодной воде. Аспирин российского производства не растворился в холодной воде и плохо растворился после нагревания. По инструкции данные лекарства следует запивать водой (рекомендации всех производителей) и дополнительно молоком. Результаты данного опыта показывают, что среди выбранных для исследования лекарств, содержащих ацетилсалициловую кислоту, аспирин малорастворим в воде, поэтому попав в желудок, есть риск того что он может вызвать эрозивно-язвенные поражения и желудочно-кишечные кровотечения. Аскофен и цитрамон, имеющие в составе парацетамол, также мало растворимы в воде, но так как парацетамол действует на центральную нервную систему , у него отсутствуют побочные эффекты на слизистую желудочно - кишечного тракта. Ибупрофен малорастворим в воде , поэтому также возможны эрозивно-язвенные поражения желудочно-кишечного тракта.
Определение кислотности среды.
При добавлении индикатора метилоранжа, яркая красная окраска появилась во всех образцах, что указывает на выраженность кислотной среды. Опасность аспирина заключается в том, что в желудке человека он под действием воды, как мы уже выяснили, подвергается гидролизу. Продуктами гидролиза являются фенолпроизводное (салициловая кислота) и уксусная кислота. В желудке находится определённая концентрация своей соляной кислоты, необходимой для обеззараживания и переваривания пищи, и повышение концентрации кислоты способствует нарушению кислотного баланса желудка, что может привести к появлению эрозивно-язвенных поражений и желудочно-кишечных кровотечений. Добавление парацетамола в состав аскофена и цитрамона, привело к увеличению кислотности растворов по сравнению с раствором аспирина, что может увеличивать pH желудочно-кишечного тракта.
Раствор ибупрофена был нейтральным. Ибупрофен, как производное пропановой кислоты, не влиял на кислотность среды, это можно объяснить, тем что пропановая кислота является слабым электролитом.
Определение растворимости препаратов в этаноле.
Результаты эксперимента показали, что аспирин лучше растворяется в этаноле, чем в воде, но выпадает в осадок в виде игольчатых кристаллов, аскофен и цитрамон частично растворились, а часть лекарства образовала хорошо различимый белый осадок.
В инструкции производители препаратов указывают, что недопустимо применение лекарственных средств совместно с этанолом. Это также доказало наше исследование, которое показало изменение физических свойств лекарства. Следует сделать вывод о недопустимости применения аспирина с алкоголем.
Ибупрофен также лучше растворяется в этаноле, чем в воде
Определение фенолпроизводного в растворе
Ярко выраженное окрашивание наблюдалось при добавлении хлорида железа (111), во всех образцах, кроме ибупрофена. Возможно, фенольное соединение влияет на появление побочных эффектов на организм человека, при приеме ацетилсалициловой кислоты. Добавление парацетамола вызвало неоднозначный эффект. У образца с аскофеном цвет раствора был менее насыщенным, чем у аспирина, а у цитрамона более насыщенным, чем в 1 образце. Это можно объяснить присутствием кофеина в препарате цитрамон. Ибупрофен не взаимодействовал хлоридом железа (III), так как не наблюдали яркого окрашивания реакционного раствора.
Изучение влияния препаратов на рост мукора
Пробы выдержали в теплом месте при наличии влаги, уже через три дня мы заметим быстрый рост плесневых грибков в контрольном образце. А там, где были добавлены растворы ацетилсалициловой кислоты, аскофена и цитрамона, ибупрофена плесень не наблюдалась. Ацетилсалициловая кислота уже в незначительной концентрации препятствуют росту плесневых грибков, а также некоторых бактерий. Поэтому они в больших количествах применяются для консервирования продуктов питания. Преимуществом этого вещества является их низкая токсичность и то, что она почти не имеет вкуса. Ибупрофен обладает менее выраженным действием на рост плесени.
Анкетирование учащихся 1. В качества лекарственного средства при головной боли 22 % учащихся применяют аспирин, цитрамон – 17%, а 18% не знают какие лекарства можно использовать в этом случае.
2. 42 % учащихся берут лекарства в аптеке, 58% - дома
3. 15% учащихся знают, при каких случаях можно использовать аспирин; 100% не знают в каких случаях можно использовать аскофен, цитрамон, ибупрофен.
4. На вопрос о доступности аспирина – около 30 % опрошенных, отметили широкую доступность аспирина.
5. О побочных эффектах при применении данных лекарственных препаратов не знают 100% опрошенных
Выводы
Использование парацетамола в сочетании с аспирином а лекарственных препаратах: аскофен и цитрамон, не повлияли существенным образом на фармакологические и исследованные физико-химические свойства аспирина.
Ибупрофен является , как и аспирин , нестероидным противовоспалительным средством, но имеет меньше побочных эффектов и обладает более выраженным действием при ревматоидном артрите. В отличие от аспирина не образует фенолпроизводных, не меняет pH среды.
Литература
-
Ацетилсалициловая кислота . Википедия
-
Дайсон Г., Мей П. Химия синтетических лекарственных веществ. М.: Мир, 1964.
-
Ибупрофен . Википедия
-
История ибупрофена. Как создавалось одно из самых популярных обезболивающих лекарств в мире? https://www.pharm.reviews/index.php
-
Кияшкина Е.А. Исследование свойств лекарственных препаратов на примере аспирина и его влияние на здоровье человека. II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке
-
Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина, 2001.
-
Парацетамол . Википедия
-
Справочник Видаль: Лекарственные препараты в России: Справочник.- М.: Астра-ФармСервис.- 2001.
-
Энциклопедический справочник. Современные лекарства. Под общей редакцией О.Гусаровой. – М.: Русское энциклопедическое товарищество, 2005; М: ОЛМА-ПРЕСС, 2005 - 1024с.