Электрофорез лекарственных веществ
Введение лекарственных веществ в организм при помощи постоянного тока применяется довольно широко. Обычно лекарственные вещества при этом вводят через неповрежденную кожу, реже через слизистые оболочки. Введение лекарственных веществ с помощью электрофореза имеет следующие преимущества перед другими способами их введения: 1) ограниченное введение лекарственных веществ в определенную область; 2) проявление общего действия на организм лекарственного вещества; 3) действие лекарственного вещества в малых дозах и образование на месте введения «депо» из лекарственного вещества; 4) медленное поступление вводимого вещества в организм и медленное его выведение; 5) взаимодействие электрически активных частиц лекарственного вещества и внутренних сред организма.
При электрофорезе лекарственных веществ необходимо иметь в виду значение постоянного тока. Последний, вызывая в подлежащих тканях гиперемию и набухание, расширяя межклеточные пространства, как бы создает условия для благоприятного проникновения лекарственного вещества в ткань. Постоянный ток продвигает лекарственное вещество внутрь тканей с одного какого-либо полюса; он вызывает изменение реакции среды в месте наложения электродов.
Для уяснения процессов, происходящих в тканях при электрофорезе лекарственных веществ, следует ознакомиться с некоторыми положениями электрохимии. Согласно теории электролитической диссоциации, часть молекул растворенного вещества распадается на противоположно заряженные ионы - анионы и катионы. Диссоциация представляет своего рода химическую реакцию и подчиняется закону действия масс. В растворе поваренной соли наряду с молекулами NaCl находятся ионы натрия (положительно заряженные катионы) и ионы хлора (отрицательно заряженные анионы). При растворении различные электролиты диссоциируют в различной степени; так как между одновалентными ионами силы сцепления меньше, чем между двухвалентными, то степень диссоциации у них будет больше. Диссоциация молекул элекролита на ионы при его растворении связана с особыми свойствами растворителя; чем выше способность растворителя присоединяться к атомам или ионам, образуя с ними комплексы, тем сильнее диссоциирует растворенное в нем вещество. Растворитель, обладающий высокой диэлектрической постоянной (например, вода), проникает между противоположно заряженными ионами, образующими молекулу, снижает или уничтожает их электростатическое взаимодействие, уничтожает их взаимное притяжение.
Следует помнить, что твердые вещества с ионной кристаллической решеткой в твердом состоянии обладают заметной ионной электропроводностью. При растворении ионного кристалла решетка его разрушается, связи, удерживающие ионы в решетке, разрываются, и ионы переходят в раствор.
В настоящее время установлено, что молекулы воды, которая в биологических системах является растворителем, имеют сложное строение. В молекуле воды атомы водорода расположены асимметрично под определенным углом. В результате этого вода имеет положительный и отрицательный заряд и действует как диполь. Благодаря тому, что молекулы воды представляют собой диполи, вода не только служит растворителем, но играет значительно более важную роль, определяя структуру раствора. Дипольный характер молекул воды лежит в основе явления, называемого гидратацией. Оно заключается в том, что вводном растворе электрически заряженные частицы растворенного вещества окружаются так называемой гидратной оболочкой, образованной молекулами воды, обращенными к заряженной частице своими концами, несущими противоположный электрический заряд. Гидратная оболочка не имеет определенной граничной поверхности, а постепенно переходит в несвязанную воду. Гидратация существенным образом влияет на свойства водных растворов, а тем самым и на их электрокинетические явления. Так, например, ион натрия, меньший по размерам, чем ион калия, окружен более обширной гидратной оболочкой, а потому гидратированный ион натрия обладает большим эффективным диаметром, чем ион калия, что имеет существенное значение для процессов проницаемости.
Процесс гидратации, т. е. взаимодействие частиц растворенного вещества с частицами растворителя, обычно протекает с выделением энергии, которая часто велика, и гидратация ионов при лекарственном электрофорезе может оказать весьма существенное влияние на взаимоотношения между электрически заряженными частицами лекарственного вещества и внутритканевыми частицами, окруженными ионной сферой гидратов противоположного знака. Гидратационный ион, двигаясь к противоположному по заряду полюсу тока, перемещается из одной ионной среды в другую, оставляя за собой гидраты, которые могут в какой-то степени тормозить своим противоположным зарядом поступательное движение лекарственного иона.
Ионы в растворе обычно находятся только в тепловом движении, но при включении тока возникает электрическое поле, под действием которого возникает направленное движение ионов к электродам. Тепловое движение при этом не прекращается, но участвующие в нем ионы, находясь под постоянным действием электрического поля, перемещаются к электродам.
Согласно представлениям классической теории диссоциации, сама по себе скорость движения иона не связана непосредственно с концентрацией раствора.
Скорость движения иона зависит от его природы, определяющей размер сольватного комплекса, сопротивления среды (вязкость) и напряженности поля, в котором ион движется. Концентрация в известной мере влияет на вязкость и в основном на напряженность. Действительно, от концентрации зависит электропроводность раствора, а тем самым падение напряжения в направлении между электродами на единицу времени.
Подвижность ионов зависит от размеров (валентности вещества) и степени гидратации ионов; она также связана с температурой и природой растворителя.
Большую подвижность ионов водорода и гидроксила объясняют особым механизмом их перемещения путем передачи протона Н+ от одной молекулы воды к другой. Правильность этого положения подтверждается тем, что эти ионы имеют исключительно большую подвижность только в растворителях, молекулы которых способны образовать водородную связь (вода, спирты и др.). Резкое увеличение подвижности ионов с повышением температуры связано с уменьшением вязкости жидкости.
При электрофорезе лекарственных веществ приходится иметь дело не только с элементарными частицами, но и со сложными органическими соединениями типа коллоидов. В этом случае процессы переноса молекул несколько усложняются. При взаимодействии коллоидов с электролитами на поверхности частиц адсорбируется преимущественно один из ионов, сообщающий поверхности свой знак заряда, а противоположные, или компенсирующие, ионы полностью остаются в растворе. Под действием сил электрического притяжения последние будут стремиться расположиться возможно ближе к ионам, адсорбированным на поверхности. Образуются два слоя ионов, из которых один расположен на поверхности, а другой - в растворе на молекулярном расстоянии от первого. Этот двойной электрический слой имеет свое электрокинетическое значение.
Когда коллоидные частицы находятся в постоянном электрическом поле, в них, как и в простых электролитах, происходит движение зарядов к противоположно заряженным электродам: коллоидная частица движется в одну сторону, компенсирующие - в другую. Если бы все компенсирующие ионы были свободны в своем движении, то общая картина была бы аналогичной простому переносу ионов. Однако коллоидная частица движется не только с адсорбированными на ней зарядами (число которых в отличие от простых ионов часто бывает непостоянным), но и с той частью компенсирующих ионов, которые непосредственно к ней прилегают.
Скорость движения коллоидной частицы в электрическом поле пропорциональна ее потенциалу. Если бы она передвигалась без части компенсирующих ионов, то ее измеримый потенциал соответствовал бы полной разности потенциалов между поверхностью частицы и глубиной раствора. Благодаря захвату частиц компенсирующих ионов вместе с коллоидной частицей, очевидно, что определяемый по передвижению в электрическом поле так называемый электрокинетический потенциал будет составлять лишь часть термодинамического.
Известно также, что распад в электрическом поле более сложных органических соединений на электрически активные составляющие не аналогичен электролитической диссоциации неорганических элементов. Органические вещества, будучи электрически активными, обладают избыточным электрическим зарядом, который они стремятся отдать, т. е. вступить в электрический контакт с другими веществами. Эта особенность органических соединений имеет огромное значение в современном электрофорезе лекарственных веществ, в котором используют часто сложные органические, соединения.
В соответствии с законом полярности в электрическом поле тока будут перемещаться как электрически активные частицы из этих органических соединений, так и адсорбированные паразитарными ионами Н+ и ОН- электрически неактивные элементы. Будучи электрически заряженными, или поляризованными, все они будут неизбежно взаимодействовать между собой, причем взаимодействие это иногда может оказаться значительно сильнее, нежели химическое взаимодействие, и может качественно отличаться от последнего. Следует принять во внимание и то, что в сильных и даже слабых растворах электролитов между электрически заряженными частицами существует более или менее значительное электрическое взаимодействие. В зависимости от валентности вещества или его электрической активности, а также от расстояния между частицами это взаимодействие различно и может быть даже весьма высоким.
Из изложенного следует, что электрофорез лекарственных веществ очень сложен, особенно когда дело касается перемещения материальных частиц в смешанных растворах, особенно таких, какими являются ткани организма, представляющие среду с различными физико-химическими и биологическими свойствами. Поэтому при выборе нового вещества для электрофореза условия его введения обычно устанавливают экспериментально, исходя из опыта введения других веществ.
Для определения подвижности различных, в том числе и лекарственных, веществ в электрическом поле тока наиболее распространены следующие способы: 1) электрофорез на бумаге, который обычно используют для изучения подвижности белковых фракций сыворотки крови; при этом определяют направление и скорость перемещения лекарственных веществ; 2) применение приборов для электрофоретического разделения веществ, предложенных А. П. Парфеновым и Т. Н. Вольф-сон для блокэлектрофореграфии, позволяющей наблюдать движение веществ в электрическом поле, в том числе и веществ, выводимых из животных тканей.
Количество вещества, введенного в тело человека, можно определить по количеству его, оставшемуся в растворе после электрофореза.
Также рекомендуем прочитать статью Электрофорез в физиотерапии.
При электрофорезе лекарственных веществ необходимо иметь в виду значение постоянного тока. Последний, вызывая в подлежащих тканях гиперемию и набухание, расширяя межклеточные пространства, как бы создает условия для благоприятного проникновения лекарственного вещества в ткань. Постоянный ток продвигает лекарственное вещество внутрь тканей с одного какого-либо полюса; он вызывает изменение реакции среды в месте наложения электродов.
Для уяснения процессов, происходящих в тканях при электрофорезе лекарственных веществ, следует ознакомиться с некоторыми положениями электрохимии. Согласно теории электролитической диссоциации, часть молекул растворенного вещества распадается на противоположно заряженные ионы - анионы и катионы. Диссоциация представляет своего рода химическую реакцию и подчиняется закону действия масс. В растворе поваренной соли наряду с молекулами NaCl находятся ионы натрия (положительно заряженные катионы) и ионы хлора (отрицательно заряженные анионы). При растворении различные электролиты диссоциируют в различной степени; так как между одновалентными ионами силы сцепления меньше, чем между двухвалентными, то степень диссоциации у них будет больше. Диссоциация молекул элекролита на ионы при его растворении связана с особыми свойствами растворителя; чем выше способность растворителя присоединяться к атомам или ионам, образуя с ними комплексы, тем сильнее диссоциирует растворенное в нем вещество. Растворитель, обладающий высокой диэлектрической постоянной (например, вода), проникает между противоположно заряженными ионами, образующими молекулу, снижает или уничтожает их электростатическое взаимодействие, уничтожает их взаимное притяжение.
Следует помнить, что твердые вещества с ионной кристаллической решеткой в твердом состоянии обладают заметной ионной электропроводностью. При растворении ионного кристалла решетка его разрушается, связи, удерживающие ионы в решетке, разрываются, и ионы переходят в раствор.
В настоящее время установлено, что молекулы воды, которая в биологических системах является растворителем, имеют сложное строение. В молекуле воды атомы водорода расположены асимметрично под определенным углом. В результате этого вода имеет положительный и отрицательный заряд и действует как диполь. Благодаря тому, что молекулы воды представляют собой диполи, вода не только служит растворителем, но играет значительно более важную роль, определяя структуру раствора. Дипольный характер молекул воды лежит в основе явления, называемого гидратацией. Оно заключается в том, что вводном растворе электрически заряженные частицы растворенного вещества окружаются так называемой гидратной оболочкой, образованной молекулами воды, обращенными к заряженной частице своими концами, несущими противоположный электрический заряд. Гидратная оболочка не имеет определенной граничной поверхности, а постепенно переходит в несвязанную воду. Гидратация существенным образом влияет на свойства водных растворов, а тем самым и на их электрокинетические явления. Так, например, ион натрия, меньший по размерам, чем ион калия, окружен более обширной гидратной оболочкой, а потому гидратированный ион натрия обладает большим эффективным диаметром, чем ион калия, что имеет существенное значение для процессов проницаемости.
Процесс гидратации, т. е. взаимодействие частиц растворенного вещества с частицами растворителя, обычно протекает с выделением энергии, которая часто велика, и гидратация ионов при лекарственном электрофорезе может оказать весьма существенное влияние на взаимоотношения между электрически заряженными частицами лекарственного вещества и внутритканевыми частицами, окруженными ионной сферой гидратов противоположного знака. Гидратационный ион, двигаясь к противоположному по заряду полюсу тока, перемещается из одной ионной среды в другую, оставляя за собой гидраты, которые могут в какой-то степени тормозить своим противоположным зарядом поступательное движение лекарственного иона.
Ионы в растворе обычно находятся только в тепловом движении, но при включении тока возникает электрическое поле, под действием которого возникает направленное движение ионов к электродам. Тепловое движение при этом не прекращается, но участвующие в нем ионы, находясь под постоянным действием электрического поля, перемещаются к электродам.
Согласно представлениям классической теории диссоциации, сама по себе скорость движения иона не связана непосредственно с концентрацией раствора.
Скорость движения иона зависит от его природы, определяющей размер сольватного комплекса, сопротивления среды (вязкость) и напряженности поля, в котором ион движется. Концентрация в известной мере влияет на вязкость и в основном на напряженность. Действительно, от концентрации зависит электропроводность раствора, а тем самым падение напряжения в направлении между электродами на единицу времени.
Подвижность ионов зависит от размеров (валентности вещества) и степени гидратации ионов; она также связана с температурой и природой растворителя.
Большую подвижность ионов водорода и гидроксила объясняют особым механизмом их перемещения путем передачи протона Н+ от одной молекулы воды к другой. Правильность этого положения подтверждается тем, что эти ионы имеют исключительно большую подвижность только в растворителях, молекулы которых способны образовать водородную связь (вода, спирты и др.). Резкое увеличение подвижности ионов с повышением температуры связано с уменьшением вязкости жидкости.
При электрофорезе лекарственных веществ приходится иметь дело не только с элементарными частицами, но и со сложными органическими соединениями типа коллоидов. В этом случае процессы переноса молекул несколько усложняются. При взаимодействии коллоидов с электролитами на поверхности частиц адсорбируется преимущественно один из ионов, сообщающий поверхности свой знак заряда, а противоположные, или компенсирующие, ионы полностью остаются в растворе. Под действием сил электрического притяжения последние будут стремиться расположиться возможно ближе к ионам, адсорбированным на поверхности. Образуются два слоя ионов, из которых один расположен на поверхности, а другой - в растворе на молекулярном расстоянии от первого. Этот двойной электрический слой имеет свое электрокинетическое значение.
Когда коллоидные частицы находятся в постоянном электрическом поле, в них, как и в простых электролитах, происходит движение зарядов к противоположно заряженным электродам: коллоидная частица движется в одну сторону, компенсирующие - в другую. Если бы все компенсирующие ионы были свободны в своем движении, то общая картина была бы аналогичной простому переносу ионов. Однако коллоидная частица движется не только с адсорбированными на ней зарядами (число которых в отличие от простых ионов часто бывает непостоянным), но и с той частью компенсирующих ионов, которые непосредственно к ней прилегают.
Скорость движения коллоидной частицы в электрическом поле пропорциональна ее потенциалу. Если бы она передвигалась без части компенсирующих ионов, то ее измеримый потенциал соответствовал бы полной разности потенциалов между поверхностью частицы и глубиной раствора. Благодаря захвату частиц компенсирующих ионов вместе с коллоидной частицей, очевидно, что определяемый по передвижению в электрическом поле так называемый электрокинетический потенциал будет составлять лишь часть термодинамического.
Известно также, что распад в электрическом поле более сложных органических соединений на электрически активные составляющие не аналогичен электролитической диссоциации неорганических элементов. Органические вещества, будучи электрически активными, обладают избыточным электрическим зарядом, который они стремятся отдать, т. е. вступить в электрический контакт с другими веществами. Эта особенность органических соединений имеет огромное значение в современном электрофорезе лекарственных веществ, в котором используют часто сложные органические, соединения.
В соответствии с законом полярности в электрическом поле тока будут перемещаться как электрически активные частицы из этих органических соединений, так и адсорбированные паразитарными ионами Н+ и ОН- электрически неактивные элементы. Будучи электрически заряженными, или поляризованными, все они будут неизбежно взаимодействовать между собой, причем взаимодействие это иногда может оказаться значительно сильнее, нежели химическое взаимодействие, и может качественно отличаться от последнего. Следует принять во внимание и то, что в сильных и даже слабых растворах электролитов между электрически заряженными частицами существует более или менее значительное электрическое взаимодействие. В зависимости от валентности вещества или его электрической активности, а также от расстояния между частицами это взаимодействие различно и может быть даже весьма высоким.
Из изложенного следует, что электрофорез лекарственных веществ очень сложен, особенно когда дело касается перемещения материальных частиц в смешанных растворах, особенно таких, какими являются ткани организма, представляющие среду с различными физико-химическими и биологическими свойствами. Поэтому при выборе нового вещества для электрофореза условия его введения обычно устанавливают экспериментально, исходя из опыта введения других веществ.
Для определения подвижности различных, в том числе и лекарственных, веществ в электрическом поле тока наиболее распространены следующие способы: 1) электрофорез на бумаге, который обычно используют для изучения подвижности белковых фракций сыворотки крови; при этом определяют направление и скорость перемещения лекарственных веществ; 2) применение приборов для электрофоретического разделения веществ, предложенных А. П. Парфеновым и Т. Н. Вольф-сон для блокэлектрофореграфии, позволяющей наблюдать движение веществ в электрическом поле, в том числе и веществ, выводимых из животных тканей.
Количество вещества, введенного в тело человека, можно определить по количеству его, оставшемуся в растворе после электрофореза.
Также рекомендуем прочитать статью Электрофорез в физиотерапии.