第12章药物制剂的稳定性

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nkCdtdC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）：0kdtdCC=C0-k0tkCdtdClgC=kt/2.303+lgCo或C=Coe-ktk.t693021k.t.1054090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，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(opticalisomerization)：外消旋化作用(racemization)和差向异构(epimerization)。几何异构(geometricisomerization)：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(specificacid-basecatalysis)或特殊酸碱催化，此类药物的水解速度，主要由pH决定。pH对速度常数K的影响可用下式表示：k=k0+kH+[H+]+kOH-[OH-]pH很低时，主要是酸催化：lgk=lgkH+pHpH较高时，主要是酸催化：lgk=lgkOH-+lgKw+pHlgkV型pH-速度图lgkS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lg1212+-HOHkk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的溶液，在较高温度（恒温，例如60C）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。pH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(Generalacid-basecatalysis)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BAZKZ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度的影响：lgk=lgko+1.02ZAZBμlgk-lgk0①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；③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；②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。润滑剂pH每小时产生的水杨酸mg数硬脂酸滑石粉硬脂酸钙硬脂酸镁2.622.713.754.140.1330.1330.9861.314（一）温度的影响一般来说，温度升高，反应速度加快。根据Van’tHoff规则，温度每升高10C，反应速度约增加2-4倍（仅为粗略的估计）。Arrhenius方程定量地描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、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(synergists)，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470