СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСМОЛЯРНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТНЫХ ИНФУЗИОННЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF DETERMINING OSMOLARITY OF ELECTROLYTIC INFUSION SOLUTIONS

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и медицине, касается контроля при производстве и проблемы подбора раствора для терапии, а именно определения фактической осмолярности инфузионного раствора.
Осмолярность - это суммарная концентрация в инфузионном растворе кинетически активных частиц, то есть молекул, ионов, ионных комплексов в единице объема, создающих определенное осмотическое внутрисосудистое давление.
осм
Теоретическую осмолярность растворов известного состава (С) в мОсмоль/л рассчитывают, исходя из предположительно полной диссоциации солей, как сумму мольных концентраций ионов.
Теоретическую (расчетную) осмолярность и номинальный ионный состав указывают при маркировке контейнеров (бутылок) с инфузионными растворами на этикетке промышленной упаковки. Допустимые отклонения от номинального количества каждого компонента регламентированы государственным стандартом - фармакопейной статьей (ФС) или фармакопейной статьей предприятия (ФСП). Соответственно, фактическая осмолярность инфузионных растворов уже только по этой причине будет отличаться от номинальной расчетной осмолярности, декларированной на упаковке (табл.1). Отклонение от расчетной номинальной осмолярности может быть значительным, поэтому информация, нанесенная на этикетку (номинальный ионный состав и расчетная осмолярность), не дает врачу корректной информации для подбора схемы лечения при инфузионной терапии.
Для выбора схемы лечения и исключения риска для здоровья пациента, особенно при необходимости коррекции осмолярности, важно знание фактической осмолярности. По ее величине врач рассчитывает объем однократной инфузии, время инфузии, общий объем инфузионного раствора на курс лечения и т.д.
В реальных инфузионных растворах полной диссоциации всех молекул не происходит ввиду электростатического взаимодействия между ионами, которое подавляет процесс диссоциации. Поэтому значение фактической осмолярности для одного и того же раствора всегда ниже расчетной.
Известны способы определения фактической осмоляльности (но не осмолярности) водных растворов по снижению точки замерзания раствора в сравнении с точкой замерзания чистого растворителя (криоскопический метод) или по различию между давлением пара над раствором и чистым растворителем (паровая осмометрия) [Арзамасцев А.П., Багирова В.Л., Грачев С.В., Краснюк И.И., Попков В.А., Решетняк Ю.П. Проект общей фармакопейной статьи "Осмолярность" // Ведомости научного центра экспертизы и государственного контроля лекарственных средств. 2001. №3].
Способы позволяют определить не осмолярность, а осмоляльность, т.е. концентрацию кинетически активных частиц на килограмм растворителя (мОсмоль/кг). Осмолярность исследуемого раствора рассчитывают, умножая значение осмоляльности на его плотность.
Способы доступны при наличии дорогостоящего оборудования. Например, стоимость миллиосмометра МТ-5 производства ОАО "Буревестник" составляет 145000 руб. Значительны временные затраты: перед началом работы приборы необходимо прогреть 3-4 часа, дополнительно определить плотность раствора и произвести пересчет показаний прибора на осмолярность.
СМ
СМО
1
2
1
1
2
Известен способ определения осмолярности крови путем измерения концентрации натрия и азота мочевины в крови, дополнительно определяют концентрацию гемоглобина в крови и напряжение кислорода и осмолярность крови определяют по формуле О=О-6KPO-6OKHb+10KHa+КАМ, учитывающей величины дополнительных параметров [а.с. 698611 СССР, 5 МКИ. А61В 10/00, G01N 33/16. Способ определения осмолярности крови]. Такое решение наиболее близко предлагаемому.
Способ нашел применение в клинической практике при анализе биологических жидкостей, но не корректен для определения фактической осмолярности электролитных инфузионных растворов.
Инфузионные растворы имеют заданный солевой состав. Существуют методики количественного определения ингредиентов состава, но уравнение для расчета осмолярности таких растворов, как суммы мольных концентраций, не учитывает взаимовлияния компонентов на степень диссоциации их молекул.
Задача изобретения - разработать быстрый, достаточно точный и нетрудоемкий способ определения фактической осмолярности электролитного изотонического инфузионного раствора.
2
Задачу решает способ определения осмолярности электролитных изотонических инфузионных растворов, характеризующийся тем, что отбирают пробу раствора, определяют мольную концентрацию ионов натрия в растворе и, по крайней мере, в интервале концентраций ионов натрия от 92 ммоль/л до 144 ммоль/л с помощью заранее выявленной корреляции находят фактическую осмолярность раствора, причем корреляция имеет характер полиномиальной кривой, не зависит от способа определения концентрации ионов натрия и с показателем достоверности аппроксимации 0,9937 описывается уравнением у=0,004х-0,3522х+263,16, где у - фактическая осмолярность, мОсмоль/л, х - концентрация ионов натрия, ммоль/л.
Чертеж - зависимость фактической осмолярности электролитного изотонического инфузионного раствора от концентрации ионов натрия.
Для решения задачи были выбраны инфузионные растворы, применяемые при таких критических состояниях, как дегидратация внеклеточного пространства, нарушение электролитного обмена, метаболический ацидоз. Наиболее часто используются следующие инфузионные растворы: раствор натрия хлорида 0,9%, раствор Рингера, лактасоль, трисоль, кварта-соль, хлосоль, раствор Дарроу и др.
В каждом электролитном изотоническом растворе в большом количестве присутствует ион натрия. Можно предположить, что на величину осмолярности в наибольшей степени влияет именно его мольная концентрация, вместе с тем факт наличия обобщенной для нескольких растворов закономерности и характер влияния неочевидны. Именно на большей величине заметнее может сказаться влияние степени диссоциации, а компоненты растворов различны.
Пример 1. Выявление наличия корреляционной зависимости.
Готовят выбранные инфузионные растворы с точными навесками номинированных ФСП или ФС количеств компонентов. Одним из известных способов экспериментально определяют концентрацию ионов натрия в приготовленных растворах. Например, при использовании системы капиллярного электрофореза КАПЕЛЬ сбор, обработку и вывод данных осуществляют с помощью персонального компьютера с операционной системой Windows 98/ME/NT/2000/XP с программой «Мультихром».
Микроколичество (2нл) инфузионного раствора вводят в капилляр, заполненный буфером. Подают на концы капилляра напряжение +13 кВ. Компоненты смеси достигают детектора и регистрируются в виде пиков. Идентификацию и количественное определение проводят косвенным методом, регистрируя ультрафиолетовое поглощение на длине волны 254 нм.
Криоскопическим методом (миллиосмометр МТ-2) экспериментально находят осмоляльность приготовленных смесей. С помощью пикнометра определяют соответствующие значения плотности растворов [Государственная фармакопея СССР: Вып.1. Общие методы анализа / МЗ СССР. 11-е изд. М.: Медицина, 1987. С.24-25]. Рассчитывают значения осмолярности каждого раствора. Полученные данные представлены в табл.2. В графической интерпретации результаты имеют характер некоторой выраженной корреляции между фактической осмолярностью выбранных растворов и концентрацией иона натрия (чертеж).
Пример 2. Выявление характера зависимости.
Пользуясь программой Microsoft Office Excel, задают экспериментально найденные значения концентрации иона натрия и соответствующие значения фактической осмолярности как значения переменных "х" и "у".
2
2
2
Определяют коэффициент достоверности аппроксимации (R) для предлагаемых программой видов зависимостей (линейная, логарифмическая, экспоненциальная…). Выбирают максимальное значение R (оно соответствует полиномиальной зависимости) и предложенное уравнение у=0,004х-0,3522х+263,16, где у - фактическая осмолярность, мОсмоль/л, х - концентрация ионов натрия, ммоль/л с показателем достоверности аппроксимации 0,9937.
Полученному уравнению в исследуемых пределах концентраций ионов натрия удовлетворяют результаты определения фактической осмолярности растворов.
Пример 3. Осуществление способа.
Для проверки осуществимости предлагаемого способа выбраны инфузионные растворы, изготовленные промышленным способом. Два из них: раствор Рингера ацетат и Ионостерил, не использовались для выявления корреляционной зависимости.
2
Отбирают пробу инфузионного раствора с номинированным содержанием компонентов. Определяют фактическое содержание ионов натрия одним из принятых методов, традиционно - пламенная фотометрия. Используя корреляционную кривую (чертеж) или соответствующее ей уравнение у=0,004х-0,3522х+263,16, находят величину фактической осмолярности раствора.
Для фармакопейных методов анализа допускается относительная погрешность в пределах 5% [ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения»].
ср
С помощью программы Microsoft Exel определяют стандартное отклонение, а затем доверительный интервал и получают, что с вероятностью 95%, используя полученный график, мы попадаем в доверительный интервал Х±0,86.
Значения осмолярности, определенные с помощью миллиосмометра и по корреляционной кривой (или уравнению), одинаковы в пределах ошибки определения (табл.3).
Дополнительно получена корреляционная кривая и выведено уравнение зависимости теоретической осмолярности от концентрации ионов натрия, которая, как и для фактической осмолярности, сохраняет характер полиномиальной зависимости, но корреляционное уравнение имеет другие коэффициенты.
Прибор для определения концентрации ионов натрия - непременный атрибут клинической лаборатории.
Наиболее часто используют химические (колориметрические и титриметрические) и пламенно-фотометрический методы. Также определяют содержание ионов натрия при помощи Na-селективного стеклянного электрода, при условии, что концентрация ионов натрия значительно превышает концентрацию ионов калия, методом прямой потенциометрии, седиментационным методом, методом капиллярного электрофореза и т.д.
Наиболее быстрый метод определения ионов натрия - это метод пламенной фотометрии. Содержащие натрий растворы или биологические жидкости в распыленном состоянии под давлением вводят в газовую смесь высокой температуры. В этих условиях многие элементы, в т.ч. и натрий, дают характерные полосы поглощения, или спектры испускания. Концентрация натрия пропорциональна интенсивности соответствующего участка спектра испускания пламени и регистрируется прибором. Определение содержания натрия в биологических жидкостях методом пламенной фотометрии в нашей стране признано унифицированным.
2
Пользуясь предлагаемым уравнением у=0,004х-0,3522х+263,16 или корреляционной кривой (чертеж), можно определить фактическую осмолярность изготовленного раствора и внести ее значение в аналитический паспорт (сертификат серии данного инфузионного раствора). При отсутствии таких данных в паспорте определение содержания ионов натрия и фактической осмолярности легко можно произвести непосредственно перед использованием раствора в клинических условиях.
Таким образом, разработанный способ позволяет быстро, достаточно точно и нетрудоемко определить фактическую осмолярность электролитных изотонических инфузионных растворов.
Таблица 1
Диапазон теоретической осмолярности некоторых электролитных растворов
№
Наименование раствора
Мольная концентрация, ммоль/л
Расчетная осмолярность, мОсмоль/л
пот
min
max
пот
min
max
1
Раствор натрия хлорида 0,9% (ФС 42-2019-99)
Na<sup>+</sup> 154
Na<sup>+</sup> 147
Na<sup>+</sup> 161
308
294
322
Cl<sup>-</sup> 154
Cl<sup>-</sup> 147
Cl<sup>-</sup> 161
Раствор Рингера (ФСП 42-0080-0178-05)
Na<sup>+</sup> 147
Na<sup>+</sup> 135
Na<sup>+</sup> 155
308
278
327
2
K<sup>+</sup> 4
K<sup>+</sup> 3,5
K<sup>+</sup> 4,5
Са<sup>2+</sup> 2
Са<sup>2+</sup> 1,5
Ca<sup>2+</sup> 2,5
Cl<sup>-</sup> 155
Cl<sup>-</sup> 138
Cl<sup>-</sup> 165
Na<sup>+</sup> 133
Na<sup>+</sup> 126
Na<sup>+</sup> 140
3
Трисоль (ФС 42-1485-93)
K<sup>+</sup> 13
K<sup>+</sup> 12
K<sup>+</sup> 14
Cl<sup>-</sup> 98
Cl<sup>-</sup> 93
Cl<sup>-</sup> 103
292
276
308
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> 48
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> 45
НСО<sub>3</sub> <sup>-</sup> 51
Na<sup>+</sup> 125
Na<sup>+</sup> 120
Na<sup>+</sup> 130
4
Хлосоль (ФС 42-1484-98)
K<sup>+</sup> 20
K<sup>+</sup> 18
K<sup>+</sup> 22
290
276
304
Cl<sup>-</sup> 101
Cl<sup>-</sup> 96
Cl<sup>-</sup> 106
Ацетат 44
Ацетат 42
Ацетат 46
Таблица 2
Фактическая (экспериментальная) осмолярность калибровочных электролитных растворов
№
Наименование раствора
Концентрация иона натрия, ммоль/л
Экспериментальная осмоляльность, мОсмоль/л
Плотность раствора, г/л
Экспериментальная осмолярность, мОсмоль/л
Расчетная
Эксперимент.
1
Раствор натрия хлорида 0,9%
154
144*
295
1,00453
296
2
Раствор Рингера
147
132*
291
1,00416
292
3
Лактасоль
139
128*
280
1,00393
281
4
Трисоль
133
120**
279
1,00512
280
5
Квартасоль
125
118*
276
1,00295
278
6
Хлосоль
125
115**
277
1,00377
276
7
Раствор Дарроу
102
92*
264
1,00469
265
*Определены методом капельного электрофореза
** Определены титрованием
Таблица 3
Сравнительные значения осмолярности растворов Рингера ацетата и йоностерила
№
Наименование раствора
Концентрация ионов натрия, ммоль/л
Фактическая осмолярность, мОсмоль/л
Номинальная
Фактическая*
Миллиосмометр МТ-2
Предлагаемый способ
Na<sup>+</sup>
131
K<sup>+</sup>
4
1
Рингера ацетат
Са<sup>2+</sup>
2
119
277
278
Mg<sup>2+</sup>
1
Cl<sup>-</sup>
111
Ацетат
30
280
Na<sup>+</sup>
137
K<sup>+</sup>
4
Са<sup>2+</sup>
2
2
Йоностерил
Mg<sup>2+</sup>
1
124
280
281
Cl<sup>-</sup>
110
Ацетат
37
292
*Определена методом пламенной фотометрии