2 Години.

Дисципліна : Медична хімія (ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ )

Тема : Емульсії. Застосування емульсій у клінічній практиці. Біологічна роль емульгування.

Аерозолі. Застосування аерозолів в клінічній та санітарно - гігієнічній практиці. Токсична дія деяких аерозолів. Пасти, їх медичне застосування.

Викладач : Рибальченко Віталій Валентинович

Курс, група : І курс , групи 11, 12, 13. Спеціальність : 5.12010102 «сестринська справа»

І. Актуальність теми : Дисперсні системи більш грубої дисперсності, ніж золі, відносять до розряду мікрогетерогенніїх систем. Розмір частинок у таких системах від 10^-7 до 10^-4 м. У більшості випадків частинки дисперсної фази можна спостерігати в звичайний світловий мікроскоп, тому ці системи і названі мікрогетерогенними.

ІІ. Навчальні цілі :

Знати: 1. Визначення аерозолі, суспензії, пасти, емульсії.

2. Значення цих дисперсних систем.

Вміти: 1. Пояснювати методи одержання аерозолів, суспензій, паст, емульсій.

2. Характеризувати механізм дії емульгаторів та стабілізаторів.

ІІІ. Матеріали доаудиторної та аудиторної самостійної роботи :

ІІІ.а. Базові знання , вміння, навички, необхідні для вивчення теми . Для вивчення теми

необхідно:

Знати	Вміти	З дисципліни
Стійкість та коагуляція дисперсних систем. Коагуляція гідрофобних золів під дією електролітів. Поріг коагуляції. Правило Шульце—Гарді.	Характеризувати стійкість дисперсних системи	Фізична та колоїдна хімія
Вплив електролітів на величину електрокінетичного потенціалу.	Пояснювати вплив електролітів на потенціал	Фізична та колоїдна хімія
Процеси коагуляції під час очищення питної води та стічних вод.	Пояснювати механізм очищення питної води	Фізична та колоїдна хімія

ІІІ.б. Рекомендована література :

Основна: В.Гомонай, Фізична та колоїдна хімія. Ужгород 2006р. 307-394

Додаткова: Ю.А. Ершов – Общая химия – Москва 2000г. с.510-523.

- Лекція № 8.

ІІІ.в. Основні етапи роботи :

1 етап - опрацювання рекомендованої літератури .

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитати статтю «Аерозолі» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На визначення аерозолів 2. На властивості та класифікацію аерозолів 3. На роль аерозолів. 4. На характеристику суспензій. 5. На характеристику паст.
1.Прочитати статтю «Емульсії: методи одержання і властивості» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На методи одержання емульсій. 2. На властивості та класифікацію емульсій. 3. На значення емульгаторів. 4. На механізм дії емульгаторів.

2 етап - виконання завдань для самоконтролю :

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитавши статтю «Аерозолі» зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На визначення аерозолів 2. На властивості та класифікацію аерозолів 3. На роль аерозолів. 4. На характеристику суспензій. 5. На характеристику паст.
1.Прочитавши статтю «Емульсії: методи одержання і властивості» зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На методи одержання емульсій. 2. На властивості та класифікацію емульсій. 3. На значення емульгаторів. 4. На механізм дії емульгаторів.

3 етап - закріплення знань та навичок. Після вивчення теми необхідно :

Знати	Вміти
1. Визначення аерозолі, суспензії, пасти, емульсії. 2. Значення цих дисперсних систем.	1. Пояснювати методи одержання аерозолів, суспензій, паст, емульсій. 2. Характеризувати механізм дії емульгаторів та стабілізаторів.

ІV. Додаткові завдання ( матеріали позааудиторної роботи ):

Новая лекарственная форма – спрей. Отличия от аэрозолей.

( мова оригіналу) ( з додатка № 2).

Додатки до СПРС № 7 :

ДОДАТОК № 1.

Аерозолі.

Дисперсні системи більш грубої дисперсності, ніж золі, відносять до розряду мікрогетерогенніїх систем. Розмір частинок у таких системах від 10^-7 до 10^-4 м. У більшості випадків частинки дисперсної фази можна спостерігати в звичайний світловий мікроскоп, тому ці системи і названі мікрогетерогенними.

До мікрогетерогенних систем відносять системи з газоподібним диспер­сійним середовищем (аерозолі, порошки) і рідким дисперсійним середо­вищем (суспензії, емульсії, піни). Для систем з газоподібним дисперсійним середовищем відсутні термодинамічні фактори стійкості, оскільки немож­ливо створити поверхневий шар з боку газоподібного середовища Влас­тивості систем з рідким дисперсійним середовищем багато в чому визна­чаються поверхневими явищами - адсорбцією, змочуванням, адгезією. Разом з тим для них характерні свої особливості, вивчення яких становить великий теоретичний і практичний інтерес.

Аерозолями називають вільнодисперсні системи з газоподібним дис­персійним середовищем і дисперсною фазою, що складається з твердих або рідких частинок. Хмари і тумани в атмосфері, а також пов'язані з ними дощ, сніг, гроза - природні явища, які відіграють вирішальну роль у регуляції клімату на планеті Земля. Аерозолі утворюються при вибухах, дробленні і розпиленні речовин, а також у процесах конденсації при охолодженні пересичених парів води й органічних рідик Аерозолі можна одержати і за допомогою хімічних реакцій, що протікають у газовій фазі.

Аерозолі, як правило, агрегативно нестійкі системи, бо взаємодії між поверхнею твердих або рідких частинок і газовим середовищем практично немає. Штучно можна підвищити заряд частинок. На відміну від ліозолів, частинки в аерозолях не мають дифузного шару. Рідкі частинки в туманах мають кулясту форму, тверді частинки в димах і пилу - це кристали, або їх уламки - аморфні утворення різної форми.

За агрегатним станом частинок аерозолі класифікують на тумани (р/г), -дисперсна фаза яких складається з крапельок рідини, дими (т/г) - аерозолі з твердими частинками конденсаційного походження, пил (т/г) - тверді частинки, утворені шляхом диспергування. Можливі системи змішаного типу, коли на твердих частинках конденсується волога Так виникає смог - туман, що утворився на частинках диму. Найбільш високодисперсними аерозолями є дими, розміри твердих частинок яких знаходяться в межах 10^-3 - 10^-4 нм; частинки пилу мають розміри понад 10 нм, розміри крапельок туманів від 0,1 до 10 нм.

Аерозолі утворюються при механічному подрібненні і розпиленні твер­дих тіл або рідин, при вибухах, терті твердих тіл тощо. Роль аерозолів у природі, побуті і промисловості надзвичайно велика Наприклад, вплив хмар і туманів на клімат, перенесення вітром насіння і пилку рослин, пневматичні способи фарбування і покриття поверхонь розплавами ме­талів, застосування розпиленого палива (вприскування рідкого палива у двигуни внутрішнього згорання), внесення добрив, для маскування (у військовій справі) тощо. Інсектициди у вигляді аерозолів застосовують для захисту рослин від хвороб і шкідників.

Аерозолі знайшли широке застосування в медицині і фармації Стерильні аерозолі в спеціальних упакуваннях типу балончиків застосовують для сте­рилізації операційного поля, ран і опіків; інгаляційні аерозолі, що містять антибіотики й інші лікарські речовини, застосовують для лікування дихаль­них шляхів; аерозолі локального застосування використовують замість пере­в'язних засобів; аерозолі у вигляді клею - в хірургічній практиці для скле­ювання ран, шкіри, бронхів, судин тощо.

Водночас, аерозолі відіграють і негативну роль. Утворення аерозолів у вигляді пилу, димів і туманів часто небажано і шкідливо для живих організ­мів. На металургійних підприємствах у вигляді аерозолів у повітря виходить велика кількість цінних продуктів. Запилення повітря від теплових елек­тростанцій та інших підприємств твердими аерозолями, отруйними туманами негативно впливає на здоров'я людини. Пил, потрапляючи між дета­лями машин під час їх руху, збільшує спрацювання, знижує коефіцієнт корисної дії. Аерозолі органічних речовин - вугілля, цукру, борошна, паперу - вибухонебезпечні.

Боротьба з димами і промисловим пилом здійснюється за допомогою фільтрації газів через тканинні фільтри, осадження частинок в установках типу циклонів тощо.

Суспензіями називають мікрогетерогенні системи з рідким дисперсій­ним середовищем і твердою дисперсною фазою і розмірами частинок вище, ніж у колоїдних системах, тобто в діапазоні 10^-6 - 10^-4 м. Способи одер­жання і стабілізації суспензій багато в чому подібні з такими для колоїдних розчинів-золів.

Різка відмінність суспензій від колоїдів виявляється в молекулярно-кінетичних і оптичних властивостях. Явища дифузії й осмосу не властиві суспензіям, проходження світла крізь суспензії не викликає опалесценції а спостерігається у вигляді мутності, тому що світлові промені заломлю­ються і відбиваються частинками суспензії, а не розсіюються.

Седиментаційна стійкість суспензій звичайно дуже мала внаслідок ве­ликих розмірів частинок. У суспензіях тверді частинки можуть знаходитися в зваженому стані нетривалий час, осідаючи під дією сили тяжіння. Про­цесам агрегації частинок у суспензіях сприяють сили притягання різної природи (ван-дер-ваальсівські сили, електростатичні сили, зв'язування час­тинок макромолекулами довголанцюжкових сполук).

Агрегативна стійкість суспензій є результатом дії сил різної природи, що перешкоджають злипанню частинок:

1. відштовхування, обумовленого подвійним електричним шаром;

2. "ентропійного" відштовхування, що виявляється, коли частинки на­ ближаються одна до одної на такі відстані, при яких адсорбовані на них молекули починають зачіпати одна другу;

3) відштовхування, обумовленого сольватними оболонками. Останній вид відштовхування виникає між частинками, якщо на їхній

поверхні адсорбуються молекули розчинника, утворюючи сольватний шар товщиною в один-два молекулярних діаметри. Сольватовані суспензії, що утворюються при цьому, агрегативно стійкі і без спеціальних методів стабілізації.

Стабілізацію суспензій можна здійснювати полімерами. При цьому не тільки підвищується агрегативна стійкість, але і сповільнюється седимен­тація, тому що підвищується в'язкість дисперсійного середовища

В аптечній практиці при виготовленні суспензій застосовують тільки механічний спосіб диспергування у рідкому середовищі Диспергування твердих речовин у рідинах відбувається тим легше, чим більша енергія змочування. Гідрофільні речовини (нітрат бісмуту основний, біла глина тощо) легше піддаються диспергуванню у воді, ніж у неполярних рідинах, а гідрофобні речовини (камфора, терпингідрат, сірка тощо), навпаки, у неполярних рідинах.

Якщо до складу суспензії входять сироп, гліцерин, слиз та інші рідини, що підвищують в'язкість дисперсійного середовища, то спочатку розти­рання проводять у цих рідинах, а потім вже додають інші прописані у рецепті рідини.

Пасти. Підвищення концентрації дисперсної фази до граничне можливої величини в агрегативно стійких суспензіях приводить до утворення висо-коконцентрованих суспензій, що називаються пастами. Як і вихідні суспензії, пасти агрегативно стійкі в присутності достатньої кількості силь­них стабілізаторів, коли частинки дисперсної фази в них добре сольватовані і розділені тонкими плівками рідини, що служить дисперсійним середовищем. Унаслідок малої частки дисперсійного середовища в пастах, уся вона практично зв'язана в сольватних плівках, які розділяють частинки. Відсутність вільної рідкої фази додає таким системам високу в'язкість і деяку механічну міцність. За рахунок численних контактів між частинками в пастах може йти утворення просторових структур і спостерігаються явища тіксотропії.

Найбільш широке застосування отримали зубні пасти.

Основні компоненти зубних паст

1) Абразивні речовини;

2) Детергенти (ПАР): раніш використовували мило, зараз лаурилсульфат натрію, лаурилсаркозинат натрію, від цього компонента залежить пі­нистість зубної пасти і поверхня дотичних речовин.

3) Розріджувачі (гліцерин, поліетиленгліколь) - забезпечують еластичність і в'язкість паст;

4) Зв'язуючі речовини (гідроколоїди, альгінат натрію, крохмаль, густі соки, декстрин, пектин і т.п.);

5) Різні добавки (екстракти рослин, солі, запашні компоненти і т.п.;

В клінічній практиці розвинутих країн як замінник кісткової тканини застосовується синтетичний гідроксиапатит. Знижуючи чутлив.сть зуб_ІВ, захищаючи поверхневі ділянки емалі, гідроксиапатит має протизапальні властивості, адсорбуючи мікробні тільця, і перешкоджає розвиток гншно-запальних процесів. Крім цього, гідроксиапатит стимулює ріст кісткової тканини (остеогенез), забезпечує мікрообробку іонами кальцію І фосфору кісткової і зубної тканин, "замуровуючи" мікротріщини в них. Він має високу біосумісність, позбавлений імуногенної й алергійної активності.

Емульсії: методи одержання і властивості

В широкому розумінні емульсіям (від латинського етиlgеrе - "видо­ювати") називають гетерогенні системи, які утворені з двох рідин, взаємно нерозчинних або мало розчинних, тобто це мікрогетерогенні системи, в яких дисперсна фаза і дисперсійне середовище перебувають у рідкому стані. Одна з цих рідин у вигляді дуже дрібних крапель диспергована в іншій. Першу називають дисперсною фазою, а другу - суцільною або безперервною фазою, або дисперсійним середовищем.

Найбільш поширені емульсії, в яких роль дисперсійного середовища відіграє вода, а роль дисперсної фази - неполярні рідини (жири, мінеральні масла, феноли, толуол та інші). Незалежно від природи неполярної рідини, їх умовно називають одним терміном "олія" і позначають літерою О, а воду позначають літерою В. Дисперсну фазу записують у чисельнику дробу, а дисперсійне середовище - в знаменнику. Так, молоко, що є емульсією вершкового масла у воді, позначають символом О/В, емульсію бензену або толуолу у воді - також символом О/В, емульсію води у нафті або води у вершковому маслі — В/О.

Емульсії виявляють більшою або меншою мірою агрегативну нестій­кість. Вільна поверхнева енергія на межі розділення двох фаз зумовлює прагнення системи до довільного зменшення поверхні розділення внаслі­док злиття кульок дисперсної фази. Таке злиття краплин називається коалесценцією.

Стійкості концентрованих емульсій можна досягти лише при їх стабі­лізуванні спеціальними добавками, які називаються емульгаторами. Як емульгатори використовують високомолекулярні (ліофільні колоїди) або поверхнево-активні сполуки, які в своєму складі мають чітко виявлені полярні і аполярні групи.

Так, високомолекулярні сполуки, наприклад білкові молекули, адсор­буються на поверхні краплин подрібненої рідкої фази і утворюють плівкові двовимірні драглі з великою механічною міцністю. Ці двовимірні драглі зв'язані з сольватною оболонкою. При зіткненні двох незахищених кульок легко відбувається коалесценція.

Емульсії можна також класифікувати в залежності від кількісного співвідношення фаз. За цією ознакою розрізняють розведені і концен­тровані емульсії. Звичайно концентрація розведених емульсій не переви­щує 0,1-0,01%; наприклад, якщо збовтати одну краплю олії у 1 л води, або, навпаки, одну краплю води у 1 л олії, то одержимо відносно стійку емульсію без участі будь-яких стабілізаторів (емульгаторів). Головними факторами стійкості таких емульсій є заряд подвійного шару, як і у колоїдних розчинів, а також незначна можливість злиття крапель (коале­сценції), оскільки їх зіткнення відбуваються дуже рідко і малоефективні

Якщо ж взяти олію і воду у великих концентраціях, то емульсія може іс­нувати тільки під час сильного збовтування або перемішування Як тільки зу­пиниться ця фізична дія, рідини зразу ж розділяться на два самостійних шари.

Емульгатори. Речовини, що можуть надавати стійкість емульсіям, тобто які є їх стабілі­заторами, називають емульгаторами. Дія емульгаторів викликається тим, що, зосереджуючись на поверхні розділу двох рідких фаз, що утворюють емульсію, вони перешкоджають зворотному злиттю (коалесценції) крапель. Відомі дві групи емульгаторів, механізм дії яких зовсім різний.

До першої групи емульгаторів відносяться поверхнево-активні речовини (ПАР), розчинні в обох фазах емульсій (або в одній з них), які міцно адсорбуються на межі розділу і внаслідок цього знижують міжфазний поверхневий натяг іноді до дуже низьких значень. Ефективними емуль­гаторами, що стійко (протягом тривалого часу) стабілізують емульсії вже при відносно невеликих концентраціях, є вищі гомологи ПАР - жирні і синте­тичні мила, структуровані адсорбційні шари яких мають механічну міцність або підвищену в'язкість. Якщо такі адсорбційні шари утворені не молекулами поверхнево-активної речовини, а їхніми іонами, то стійкість емульсій може бути додатково підвищена електростатичною (відштовху­ючою) взаємодією адсорбованих іонів, що, однак, саме по собі сильної стабілізації не викликає.

Другу групу емульгаторів складають тверді високодисперсні мінеральні порошки, частинки яких, наприклад, у водній суспензії, вибірково змо­чуючись на різних ділянках своєї поверхні обома фазами емульсії; прили­пають до міжфазної поверхні розділу і бронюють краплі дисперсної фази. При цьому частинки гідрофільних порошків (глини, каоліни, бентоніти), оксиди, карбонати і сульфати (СаСО₃, А1₂О₃, SіО₂, ВаSО₄ та ін.) також стабілізують емульсії типу "олія у воді". Навпаки, гідрофобні (олеофільні) порошки - сажа, сульфіди важких металів (Рb, Мо, Sn та ін.), карбіди (багаті вуглецем тверді складові частини бітумів і сирої нафти) та інші є емульгаторами зворотних емульсій "вода в олії".

Механізм дії емульгаторів. Для надання агрегативної стійкості емульсіям при звичайних і особливо при високих концентраціях дисперсної фази необхідна їхня стабілізація, що визначається винятково ефективністю дії поверхнево-активних речовин -емульгаторів. Поверхнево-активні речовини, адсорбуючись на поверхні розділу, орієнтуються так, що полярні групи молекул повернуті до поляр­ного розчинника, а неполярні - до неполярної рідини. Внаслідок такої орі­єнтації на поверхні краплин утворюються двовимірні плівкові кристало­подібні структури. Наявність структури зумовлює пружність і механічну міцність плівок. Приклад - розчин мила у воді. При вдалій консистенції розчину мила можна надути пузирі великих розмірів.

Емульсії дуже поширені в природі і техніці. До них належать, на­приклад, молоко, яєчний жовток, тваринні жири типу вершкового масла, маргарин, соус майонез, нафта (в ній завжди міститься в диспергованому стані вода), молочний сік рослин-каучуконосів, емульсії для обробки металів, спеціальні емульсії для знищення комах - шкідників сільського господарства тощо.

У фармації за традицією емульсіями прийнято називати препарати, що відносяться до вищезгаданих систем, які приймаються виключно усере­дину. Рідкі мазі у вигляді емульсії називають лініментами - від слова linire - "втирати" або lіпітепtит - "втирання", хоча за своїми фізичними властивостями і технології виготовлення вони не відрізняються від емуль­сій. В той же час деякі з емульсій можна приймати усередину і вико­ристовувати як зовнішнє. Тому чіткого поділу на власне емульсії і ліні­менти не існує. Крім цього, деякі мазі, які містять у своєму складі воду, гідраргірум і інші подібні речовини, за своїми фізико-хімічними власти­востями відносяться до емульсій, хоча вони і не рідкі. Таким чином, поняття "емульсія" відноситься до певного фізико-хімічного стану речо­вини незалежно від методу застосування, лікарського чи технічного при­значення.

ДОДАТОК № 2

Новая лекарственная форма – спрей. Отличия от аэрозолей.

М.М. Губин, Ген. директор фирмы ВИПС-МЕД, канд. техн. наук

Спрей как лекарственная форма (ЛФ) сейчас очень активно начинает использоваться в медицинской практике. Это связано с разработкой высокоэффективных и качественных микроспрееров (микронасосов), обеспечивающих создание газожидкостной струи с определенными параметрами. Кроме того, в России впервые фирмой ВИПС-МЕД разработаны технология и комплекс оборудования, позволяющие производить лекарства в форме спрея в соответствии с требованиями GMP.

ЛФ спрей фактически приходит на смену аэрозолям, которые использовались особенно для лечения заболеваний верхних дыхательных путей. Так, нами переведены в форму спрея следующие препараты: ингалипт, каметон, пропосол, которые выпускались и выпускаются сейчас рядом предприятий в форме аэрозоля.

Из-за схожести подачи препарата многие, даже специалисты, путают эти лекарственные формы. Основным принципиальным отличием является то, что в аэрозоле подача препарата производится за счет избыточного давления, а извлечение происходит посредством клапана. При этом создается мелкодисперсная взвесь с размером частиц 1-5 мкм с высокой кинетической энергией. При использовании спрея подача препарата производится за счет его механического выдавливания поршнем микронасоса, при этом давление во флаконе близко к атмосферному. Размеры частиц у спрея больше, чем у аэрозоля (10-50 мкм), скорость их невысока. Лекарства в форме спрея используются для местного, наружного, интраназального применения.

Основные преимущества лекарственной формы спрей следующие:

• лекарственные препараты в лекарственной форме спрей приводят к быстрому терапевтическому эффекту. Иногда действие наступает так же быстро, как и при внутривенном введении;

• при диспергировании повышается химическая и, следовательно, фармакологическая активность лекарственного средства, вследствие этого терапевтический эффект можно получить при меньшей дозе препарата;

• небольшой размер частиц обусловливает высокую степень их проникновения в складки, карманы, полости и другие труднодоступные места на коже, слизистых оболочках и в дыхательных путях;

• использование лекарственной формы спрей дает возможность применять лекарственные вещества в случаях, когда введение их через желудочно-кишечный тракт не обеспечивает желаемого эффекта вследствие разрушительного действия желудочного сока;

• нанесение веществ в форме спрей на кожу, слизистые оболочки или ингаляции позволяют уменьшить побочное действие лекарственных средств, которое возникает при их парентеральном введении;

• не существует опасности загрязнения лекарственного препарата извне, так как баллон герметически закрыт. Это также предотвращает высыхание препарата и защищает гигроскопические вещества от влаги;

• обеспечивается точная дозировка при использовании дозирующих клапанов;

• способ применения является удобным и быстрым.

Лекарственная форма аэрозоль является более «жесткой» формой, чем спрей, в части побочных эффектов. Тем не менее, очень важна такая особенность аэрозолей, как генерация частиц оптимального размера, что делает их практически безальтернативными средствами при лечении бронхиальной астмы и хронических обструктивных болезней легких.

___________________________________ 

Методична розробка для організації самостійної роботи

студентів № 8.