Univerzita Karlova v Praze. Farmaceutická fakulta v Hradci Králové. Katedra farmaceutické technologie RIGORÓZNÍ PRÁCE

Transkript

1 Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie RIGORÓZNÍ PRÁCE Osmotická koncentrace parenterálních přípravků. Neelektrolyty Osmotic concentration of parenteral preparations. Nonelectrolytes 2011 Anna Rohová

2 Prohlašuji, ţe tato práce je mým původním autorským dílem. Veškerá literatura a další zdroje, z nichţ jsem pro zpracování čerpala, jsou uvedeny v seznamu pouţité literatury a v práci řádně citovány. Práce nebyla vyuţita k získání jiného nebo stejného titulu.

3 Na tomto místě bych chtěla poděkovat PharmDr. Zdeňce Šklubalové, Ph.D., za odborné vedení, trpělivost a pomoc při vypracování této rigorózní práce.

4 Obsah 1 Abstrakt Abstract Zadání Úvod Přehled symbolů Teoretická část Parenterální přípravky Vlastnosti parenterálních přípravků Koligativní vlastnosti Izotonizace parenterálních přípravků Osmotická koncentrace Experimentální část Pouţité přístroje Pouţité suroviny Měření obsahu vlhkosti Příprava roztoků Měření hustoty Měření osmolality Odhady osmolarity Teoretická osmolarita Aktuální osmolarita Odhad osmolarity pomocí koncentrace vody Výpočet molálního osmotického koeficientu Výsledky Diskuse Závěry Pouţitá literatura

5 1 Abstrakt Osmotická koncentrace je důleţitou vlastností parenterálních roztoků. Protoţe přípravky jsou aplikovány objemově, preferuje se vyjádření osmotické koncentrace jako osmolarity (osmol/l). Fyzikální měření osmotické koncentrace pomocí osmometru poskytuje osmolalitu (osmol/kg). Z tohoto důvodu je nutný převod mezi koncentracemi. V předloţené rigorózní práci byla měřena hustota při 20 C a osmolalita vodných roztoků tří parenterálních látek, mannitolu, sorbitolu a močoviny připravených v koncentraci 0,1-1,0 mol/kg v (molalita) respektive mol/l (molarita). Dále byla zkoumána přesnost odhadu osmolarity pomocí metod, prezentovaných v USP 32. Z výsledků vyplývá, ţe pro studované roztoky látek byla nejpřesnější metodou odhadu osmolarity rovnice vyuţívající měřenou osmolalitu a hustotu roztoku a měrný specifický objem rozpuštěné látky. Závěrem je moţné doporučit označení parenterálií hustotou a měřenou osmolalitou

6 2 Abstract Osmotic concentration is an important property of parenteral products. Because the preparatios are applied by volume, osmotic concentration is expressed as osmolarity (osmol/l). However, physical measurement of osmotic concentration by osmometer gives osmolality (osmol/kg). This is why the mutual conversion between these concentrations is necesary. In this thesis, the density at 20 C and osmolality of aqueous solutions of three parenteral solutes: mannitol, sorbitol and urea, in concentration range 0,1-1,0 mol/kg and/or mol/l, respectively, were measured. Then, the accuracy of osmolarity estimation using methods presented in USP 32 was studied. Based on the results, the most precise estimation of osmolarity was obtained due to the equation which employs the measured osmolality and the density of solution, and the parcial specific volume of the solute. Finally, labeling of parenterals with their measured omolality and density could be recommended

7 3 Zadání Úkolem této práce bylo zpracovat literární rešerši zaměřenou na parenterální přípravky, vlastnosti parenterálních přípravků a na osmotické koncentrace a jejich přepočty. V experimentální části bylo úkolem změřit hustotu při 20 C a osmolalitu vodných roztoků tří parenterálních látek (mannitolu, sorbitolu a močoviny) připravených v molární a molální koncentraci v rozmezí 0,1-1,0 mol/l respektive mol/kg. Dále bylo úkolem pouţít výsledky experimentálního měření k vyjádření vlivu látkové koncentrace na osmotickou koncentraci a k odhadu osmolarity s cílem nalézt nejpřesnější způsob odhadu osmolarity pro studované látky

8 4 Úvod Osmotická koncentrace je jednou ze základních charakteristik parenterálních přípravků. Aby bylo moţné podat určitý léčivý přípravek parenterální cestou, je tedy nutné vědět, jaký osmotický tlak na okolní tkáně vykoná a odhadnout, jak je tímto tlakem můţe ovlivnit. Osmotickou koncentraci je moţno vyjádřit buď jako osmolalitu (osmol/kg), veličinu, kterou je moţné měřit osmometrem, nebo jako osmolaritu (osmol/l), kterou změřit nelze a můţeme ji s menší nebo větší přesností pouze vypočítat. Přesnost vypočítané osmolarity závisí na způsobu výpočtu osmolarity. Osmolalita je nejpřesnější vyjádření osmotické koncentrace, ale v lékařské praxi k vůli koncentraci osmoticky aktivních částic měřených na kilogram rozpouštědla nevhodná, protoţe se roztoky v praxi odměřují v mililitrech. Pro lékařskou praxi je tedy nutné vyjádřit osmotickou koncentraci jako osmolaritu (v jednotkách objemu). Je tedy vhodné najít nejpřesnější a zároveň dobře dostupný postup přepočtu mezi osmolaritou a osmolalitou, který by se mohl v praxi bez obtíţí pouţít

9 5 Přehled symbolů symbol význam jednotka c molarita (mol/l) c os osmolarita (osmol/l) E ekvivalent chloridu sodného (g) f konverzní faktor - h reálná hustota (g/cm 3 ) h c hustota molárních roztoků (g/cm 3 ) h m hustota molálních roztoků (g/cm 3 ) i Van t Hoffův koeficient - K b molální ebulioskopická konstanta vody (K kg mol -1 ) K k molální kryoskopická konstanta vody (K kg mol -1 ) m molalita (mol/kg) M celková hmotnost roztoku (g) M 0 naváţka látky (g) m os osmolalita (osmol/kg) M w molekulová hmotnost látky (g/mol) n počet částic v roztoku - N 1 molální frakce - p 1 parciální tenze par (Pa) p 1 0 tlak samotné komponenty (Pa) R molární plynová konstanta J K -1 mol -1 ) R 2 koeficient determinace - SD směrodatná odchylka - T absolutní teplota (K) V objem roztoku (l) ΔT změna teploty tuhnutí ( C) ΔT b změna teploty varu ( C) π osmotický tlak (Pa) - 9 -

10 L iso konstanta - Φ molální osmotický koeficient - V v objem vody (l) V g parciální specifický objem (ml/g)

11 6 Teoretická část 6.1 Parenterální přípravky Podle českého lékopisu jsou parenterální přípravky sterilní přípravky určené k podání do lidského nebo zvířecího těla injekcí, infuzí nebo implantací. 1 Parenterální přípravky jsou přípravky, které jsou podané jiným způsobem neţ přes trávicí trakt. 2 Hlavním důvodem parenterální aplikace je nestabilita léčivé látky v kyselém prostředí ţaludku, špatné vstřebávání z trávicího traktu nebo poţadavek rychlejšího nástupu účinku parenterální cestou, neţ cestou perorální, a nebo kvůli celkově špatnému stavu pacienta, který není schopen přijímat potravu a léky perorálně. 2 Parenterální přípravky se aplikují přímo do ţíly k vyvolání celkového efektu, do tkáně k vyvolání lokálního efektu, nebo do tělního segmentu k cílené léčbě pouze některé části těla (například cílené podání cytostatika do arteria hepatica). Lokální působení je vyuţíváno například u aplikace místních anestetik při drobných zákrocích nebo při intra-artikulárním podání přímo do kloubu. Při podání léčivé látky přímo do ţíly dochází mnohem rychleji k nástupu účinku daného léčiva a působení není ovlivněno vstřebáváním léčivé látky přes stěnu střeva a efektem prvního průchodu (first pass effect) 3. Důvodem k podání léčivé látky parenterálně můţe být špatná stabilita látky v trávicím traktu hlavně kvůli kyselině chlorovodíkové v ţaludku a trávicím enzymům ve střevech, které mohou léčivé látky natrávit. Perorálně se tedy nemohou podávat látky charakteru bílkoviny, jako například inzulin k léčbě diabetu nebo většina preparátů moderní biologické léčby. Některé léčivé látky by nebyly v trávicím traktu rozloţeny, ale kvůli malému rozsahu absorpce není jejich podání parenterální cestou vhodné. 2 Existuje několik způsobů podání parenterálních přípravků: Podkožní (subkutánní) injekce: Jsou injekce o malém objemu (do 1mm), které jsou aplikovány těsně pod kůţi do tukového podkoţí. Tato cesta se vyuţívá u látek, které se špatně a nepravidelně vstřebávají ze zaţívacího traktu. Vyuţívá se

12 kůţe na břiše, paţích a horní části zad 2. Touto cestou se podává například insulin nebo některé vakcíny. Intramuskulární injekce: Malé objemy jsou aplikovány přímo do povoleného svalu, nejčastěji do hýţďového, deltového nebo stehenního 2. Pouţívá se například u některých očkování nebo podání antibiotik. Ve svalu je moţné utvořit takzvané depo účinné látky, která se z místa postupně uvolňuje 4 (Pendepon, Depomedrol). Intravenózní injekce nebo infuse: Injekce o malém objemu jsou aplikovány rychle a docílí celkového účinku za krátký čas. Velkoobjemové infuse jsou podávány pomaleji a musí mít upravené sloţení tak, aby měly podobnou osmotickou koncentraci tělním tekutinám a nepůsobily tak potíţe v místě vpichu nebo okolních tkáních. Intravenózně se nesmí podat emulze voda v oleji 4. Intradermální injekce: Intradermálně jsou podávány velice malé objemy (0,1ml) do svrchních částí kůţe. Tato aplikace se pouţívá především k diagnostickým účelům v alergologii a imunologii 2. Intra-arteriální injekce: Injekce se aplikuje přímo do tepny, která zásobuje orgán, který je potřeba účinnou látkou ovlivnit. Docílí se tím vyšší koncentrace léčiva v daném orgánu a niţší neţádoucí účinky léčby na zbytek těla 2. Intra-artikulární injekce: Tyto injekce jsou aplikované přímo do synoviální tekutiny kloubní štěrbiny Vlastnosti parenterálních přípravků Parenterální přípravky musí mít takové vlastnosti, aby jejich podání nepoškodilo jak celkový stav pacienta, tak tkáně v místě aplikace a blízkém okolí. Parenterální přípravky proto musí být sterilní, aby nedošlo k celkové reakci a měly by být přibliţně izotonické nebo podávány do takových míst, aby lokálně nepoškozovaly. 5 U parenterálních přípravků se mohou pouţívat pomocné látky, např. k izotonizaci s krví, k úpravě ph, ke zvýšení rozpustnosti, ke konzervaci léčiv nebo k zajištění vhodných protimikrobních vlastností, ale bez nepříznivého ovlivnění

13 poţadovaného léčebného účinku nebo v pouţité koncentraci bez toxicity a nevhodné místní dráţdivosti Koligativní vlastnosti Koligativní vlastnosti jsou vlastnosti, které jsou striktně vázány na počet částic v roztoku. Nezáleţí tedy na velikosti nebo molekulové hmotnosti částic rozpuštěné látky. Počet částic závisí na stupni disociace a na vzájemných interakcích mezi molekulami dané látky. Mezi koligativní vlastnosti patří osmotický tlak, teplota tuhnutí, teplota varu roztoku a tenze par nad roztokem. Koligativní vlastnosti jsou stejné pro ekvimolární osmotické koncentrace látek v roztocích, tj. takové, které obsahují stejný počet osmolů dané látky v roztoku. 6 Jeden mol jakékoli nedisociované látky obsahuje dle Avogadrovy konstanty 6, částic Snížení tenze par Za konstantní teploty jsou páry rozpouštědla s kapalným rozpouštědlem v rovnováze a vyvolávají tenzi par. Pokud přidáme do čistého rozpouštědla rozpouštěnou látku, tato látka změní tendenci molekul opustit základní roztok a tenze par se tak sníţí. V ideálním nebo velice zředěném roztoku je parciální tenze par roztoku přímo úměrná molální frakci molekul látky v roztoku. Pak platí: p 0 1 N1 p1 (1) p 1 je parciální tenze par, N 1 molální frakce a p 0 1 tlak samotné komponenty 6. Například počítáme-li parciální tenzi par vody v roztoku s určitým mnoţstvím glukosy, tlak samotné komponenty p 0 1 je tenze par samotné vody. Molální frakce vody je počet molů vody, který je přítomen v roztoku, ku celkovému počtu molů všech přítomných látek v roztoku. Výsledek P 1 bude niţší neţ tenze par samotného rozpouštědla. Vypočítáme tedy, o kolik se sníţila tenze par rozpouštědla přidáním glukosy

14 Zvýšení osmotického tlaku Osmotický tlak je tlak, který musí být aplikován na roztok, aby se zabránilo průniku čistého rozpouštědla do koncentrovanějšího roztoku přes polopropustnou membránu. 6 Přidáním rozpouštěné látky do roztoku zvýšíme i osmotický tlak, proto se měří právě zvýšení osmotického tlaku, které je přímo úměrné počtu částic přítomných v roztoku, jako vliv počtu částic na tuto veličinu Zvýšení bodu varu Bod varu nastává při teplotě, kdy je tenze par rozpouštědla v rovnováze s atmosférickým tlakem. Tenzi par sníţíme přidáním netěkavé látky do rozpouštědla. Roztok tedy musí dosáhnout vyšší teploty, aby dosáhl rovnováhy mezi tenzí par a atmosférickým tlakem. Přidáním rozpouštěné látky do rozpouštědla se tedy zvýší teplota varu vzniklého roztoku. 6 T K m (2) b b ΔT b je změna teploty varu, K b molální ebulioskopická konstanta vody (K kg mol -1 ) Snížení teploty tuhnutí Teplota tuhnutí rozpouštědla je teplota, kdy je v rovnováze pevná a kapalná fáze při tlaku jedné atmosféry. Přidáním rozpouštěné látky se teplota tuhnutí sníţí. Míra sníţení teploty tuhnutí je přímo úměrná koncentraci rozpouštěné látky v roztoku. 6 T m (3) K k ΔT značí sníţení teploty tuhnutí, m molalitu, K k molální kryoskopickou konstantu (K kg mol -1 ) 8. Tento vztah platí pouze pro roztoky neelektrolytů nebo pro roztoky nekonečně zředěné. K reálným roztokům se můţeme přiblíţit pouţitím Vant Hoffova koeficientu (i), který počítá s disociací molekul elektrolytu 9 : T m K i (4) k

15 Pro ideální jednomolální vodný roztok je sníţení teploty tuhnutí o 1,86ºC, čehoţ se vyuţívá při výpočtu osmolality (m os ) 10 : T m os (5) 1, Izotonizace parenterálních přípravků Vodné roztoky léčiv jsou někdy aplikovány do velice citlivých tkání těla, jako například do oka, na nosní sliznici, nebo parenterálně do svalu, krevního řečiště a dalších tkání. Tyto roztoky musí být připraveny tak, aby vykazovaly srovnatelný osmotický tlak s tělními tekutinami, protoţe právě isotonické roztoky nezpůsobují pohyb vody mezi buňkami, poškození tkáně a bolest při aplikaci roztoku 11. Přímý terapeutický efekt mají i hypertonické roztoky. Například mannitol podaný intravenózně působí diureticky. Vyuţívá se ho hlavně při terapii edému mozku a končetin, kdy přebytečnou vodu strhává do krevního oběhu a odsud vylučuje pryč z organismu. Podání roztoků abnormální osmotické koncentrace můţe způsobit řadu problémů. Podání velkého mnoţství hypertonického roztoku vyvolá intracelulární dehydrataci a osmotickou diurézu a tím velké ztráty vody a elektrolytů a následnou dehydrataci celého organismu 12. Naopak podání velkého mnoţství hypotonického roztoku vede k zvětšování červených krvinek, hemolýze a otokům celého těla. Podání příliš velkého mnoţství roztoků můţe vést ke komplikacím, i kdyţ jsou isotonické. Dochází totiţ ke zvětšení extracelulárního objemu tekutin a přetíţení oběhového systému. 13 Izotonizovat lze pouze roztoky hypotonické přidáním izotonizační přísady. Hypertonické roztoky by se mohly izotonizovat jedině zředěním roztoku vodou, ale tímto zásahem by ztratily svou terapeutickou hodnotu. 11 U injekcí jsou nejčastějšími izotonizačními látkami chlorid sodný nebo glukosa. Na rozdíl od očních přípravků jsou u parenterálního podání draselné soli zakázané 14. Pro izotonizaci se vyuţívají různé metody

16 Metoda snížení teploty tuhnutí (kryoskopická hodnota) Teplota tuhnutí tělních tekutin je -0,52 C. 7 Aby byl připravovaný roztok izotonický s tělními tekutinami, musí mít stejnou teplotu tuhnutí, jak vyplývá z definice koligativních vlastností. Pro výpočet mnoţství izotonizační přísady musíme vědět, jaký osmotický tlak vykazuje samotné léčivo v daném přípravku, tedy jakou teplotu tuhnutí má takový roztok. Pro praktické vyuţití této metody byly hodnoty teplot tuhnutí roztoků různých léčivých látek změřeny a zaneseny do tabulek v závislosti na koncentraci. Bod tuhnutí je aditivní vlastnost, pro více látek v roztoku se vlivy sčítají. Metoda vychází z procentuální koncentrace léčivé látky v roztoku, ze které si musíme vypočítat teplotu tuhnutí roztoku. Teplota tuhnutí roztoku s léčivem se odečte od bodu tuhnutí tělních tekutin (-0,520 C). Rozdíl hodnot udává teplotu tuhnutí izotonizační přísady v parenterálním přípravku a umoţňuje vyjádřit její koncentraci, příp. mnoţství potřebné k izotonizaci. Je nutné vybrat správnou izotonizační přísadu, která nereaguje s účinnou látkou a neovlivňuje její účinnost Metoda ekvivalentu chloridu sodného Metoda ekvivalentu chloridu sodného byla zavedena pro zjednodušení výpočtu potřebného mnoţství izotonizační přísady. Jako výchozí látka pro tuto metodu byl vybrán chlorid sodný, u kterého byl změřen bod tuhnutí a ten poté porovnáván s hodnotami různých léčivých látek. Ekvivalent chloridu sodného je hmotnost chloridu sodného, která vyvolá stejný osmotický tlak jako 1g zkoušené látky. Ekvivalenty pro nejpouţívanější látky jsou publikovány v tabulkách. Tento způsob výpočtu potřebného mnoţství izotonizační přísady je zaloţen na poznatku, ţe 0,9% roztok chloridu sodného je izotonický s tělními tekutinami. Pro výpočet je nutné určit, kolik gramů léčivé látky je potřeba k přípravě roztoku, najít v tabulkách ekvivalent chloridu sodného pro 1g této látky a přepočítat ekvivalent na určené mnoţství léčivé látky. Kdyţ víme, jaké je potřeba mnoţství samotného chloridu sodného na přípravu izotonického roztoku, odečteme od této

17 hodnoty přepočítaný ekvivalent. Po odečtení ekvivalentu zbude mnoţství chloridu sodného potřebného k izotonizaci Metoda izotonického objemu (V-metoda) Metoda izotonického objemu vyuţívá skutečnosti, ţe koligativní vlastnosti mají aditivní charakter, tedy, ţe smísením dvou izotonických roztoků získáme opět izotonický roztok. Hodnota V udává objem rozpouštědla (vody), který je potřeba přidat k vypočítanému mnoţství léčivé látky, aby vznikl izotonický roztok. 11 Pro vznik výsledného roztoku o správné hmotnosti uţ stačí pouze doplnit izotonický roztok léčivé látky izotonickým roztokem vhodné izotonizační přísady. Objem vody (V), který je potřeba přidat k léčivé látce, aby vznikl izotonický přípravek, lze vypočítat: 7 V M0 E 111, 1 (6) Kde M 0 je mnoţství léčivé látky a E je ekvivalent chloridu sodného. Hodnota 111,1 je objem, který zaujímá 1% roztok chloridu sodného (objem 100 ml obsahuje 0,9%). V % NaCl ,1ml (7) 0, Liso metoda Tato metoda můţe být s výhodou pouţita pro léčivé látky, u kterých nejsou doposud známy hodnoty pro sníţení bodu tuhnutí nebo pro ekvivalent chloridu sodného. Pomocí této metody lze vypočítat sníţení bodu tuhnutí. K výpočtu je třeba znát molaritu (c) roztoku, kterou získáme 7 : M 0 c (8) M V w M 0 je naváţka léčivé látky, M w molekulová hmotnost léčivé látky a V objem roztoku. Z chemické struktury nového léčiva je třeba určit, jak se bude molekula ve vodě chovat, t.j.zda a na kolik iontů bude disociovat. Dle vlastností molekuly lze

18 odečíst z tabulek hodnoty L iso. Hodnota L iso je součinem molální kryoskopické konstanty (K k ) a Van t Hoffova koeficientu (i) 7 : L iso K i (9) k Pomocí hodnoty L iso lze přímo vypočítat sníţení bodu tuhnutí vodného roztoku léčiva (ΔT): T L c (10) iso Vypočítaný bod tuhnutí se odečte od bodu tuhnutí tělních tekutin (-0,52 C). Z rozdílu lze vypočítat mnoţství izotonizační látky stejně jako u metody sníţení kryoskopické hodnoty. 7 O rozdílné přesnosti uvedených postupů izotonizace svědčí jednoduchý příklad: Jaké mnoţství izotonizační přísady (chlorid sodný) je potřeba k přípravě 15g 2% roztoku síranu atropinia k přípravě očních kapek?. Výsledky shrnuje tabulka 1. Tabulka 1: Porovnání výsledků izotonizačních metod Metoda Potřebné množství chloridu sodného k izotonizaci (g) Kryoskopická hodnota 0,0963 Ekvivalent NaCl 0,0960 V-metoda 0,0963 L iso metoda 0,1032 Je zřejmé, ţe výsledky metod se od sebe znatelně neliší. Metoda L iso se od ostatních mírně odchyluje, ale umoţňuje výpočet mnoţství izotonizační přísady u méně známých látek. Při rozhodování se tedy lze řídit spíše dostupností informací o účinné látce, kterou pouţíváme pro přípravu parenterálního nebo jiného přípravku Osmotická koncentrace Osmolalita Osmolalita je definována jako hmotnost látky rozpuštěné v 1kg rozpouštědla, která vyvolá stejný osmotický tlak jako 1mol ideální neionizované látky rozpuštěné

19 v 1kg rozpouštědla 15. Osmolalita je tedy měrou osmotického tlaku vynaloţeného reálným roztokem na semipermeabilní membránu a vyjadřuje osmotickou koncentraci jako počet osmolů rozpouštěné látky v 1kg rozpouštědla (mosmol/kg). Osmolalita je termodynamicky stálá veličina, protoţe je koncentrace iontů vyjádřena v hmotnostních jednotkách, které nepodléhají objemovým změnám při změně teploty. Za normálních okolností se osmolalita krevní plasmy pohybuje mezi mosmol/kg 13. Takto úzké rozpětí je tělo schopno udrţet i přes neustálý příjem a výdej tekutin. Na udrţení tohoto rozpětí se podílejí především ledviny prostřednictvím antidiuretického hormonu (ADH), jehoţ regulací se sniţuje nebo zvyšuje vylučování vody (a iontů) z organismu. Hlavním stimulem jeho sekrece z hypotalamu je zvýšení osmolality detekované citlivými osmoreceptory. Objem krve nemá na jeho vyloučení velký vliv. ADH zvyšuje reabsorpci vody ve sběrných kanálcích tubulů ledvin tím, ţe zvyšuje jejich permeabilitu a proto dochází k menšímu vylučování vody z organismu. Pokud se osmolalita sníţí na 280 mosmol/kg, je jeho sekrece zastavena. Důleţitou roli hraje v regulaci osmolality i pocit ţízně. Tyto mechanismy se snaţí zamezit vzniku hypoosmotického nebo hyperosmotického séra 16. U zdravého člověka nedovolí větší výkyv neţ 1% z normálních hodnot. Ustálení rovnováhy je velice rychlé, je to dynamický proces, a proto musí trvat pouze několik sekund. 17 Osmolalita můţe stoupnout v důsledku nedostatku tekutin a to nedostatečným příjmem tekutin nebo jejich nadměrnou ztrátou nebo zvýšením extracelulárního sodíku, jako hlavního osmoticky působícího činitele. Prvně dojde k pocitu ţízně, poté k suchosti sliznic a slabosti a okolo hodnot 330 mosmol/kg desorientace, posturální hypotenze a koma. K hyperosmolalitě séra můţe dojít například v případě některých chorob jako je diabetes insipidus, hyperglykemie, diabetické kóma. Pokud osmolalita poklesne v důsledku nadbytku vody nebo sníţení extracelulárních iontů sodíku v organismu, nastane bolest hlavy, slabost, desorientace, křeče a okolo hodnot 233 mosmol/kg stupor a koma. Hypoosmotické sérum můţe vzniknout v případě léčby diuretiky, po operaci se ztrátami krve, kdy byly pouţity vodní náhrady, při dietě se sníţeným obsahem kuchyňské soli nebo při onemocnění nadledvin (např. Addisonova choroba). Také některé novotvary mohou

20 vyvolávat zvýšenou sekreci ADH nezávisle na osmolalitě krve. Regulační mechanismy v těchto případech nejsou schopny udrţet osmotickou koncentraci krve v normálu. Souhrnně se tyto stavy nazývají SIADH (Syndrom of inappropriate ADH secretion) 11. Měření osmolality není v dnešní době problém. Vyuţívá se hlavně k analýze plasmy a moče. Jelikoţ se jedná o sloţité roztoky, není měření a další výpočty tak jednoduché a jednoznačné jako u roztoků jednoduchých. U dalších tělních tekutin je měření limitováno, především obtíţností jejich získání 16. Isoosmotický roztok s krevní plasmou je roztok, který má stejnou osmolalitu jako krevní plasma, tedy stejný počet částic. Hyperosmotický roztok ke krevní plasmě je takový, který vykazuje vyšší osmolalitu neţ krevní plasma, obsahuje tedy více osmoticky aktivních částic. Hypoosmotický roztok ke krevní plazmě je takový, který má niţší osmolalitu neţ krevní plasma a obsahuje méně osmoticky aktivních částic neţ plasma 18. Osmolalitu můţeme buď měřit osmometrem, nebo teoreticky vypočítat pomocí látkové koncentrace. Měření osmolality osmometrem Měření na osmometru je zaloţeno na kryoskopickém principu, kdy se měří bod tuhnutí daného vodného roztoku. Obvykle se pouţívají roztoky chloridu sodného, sacharosy nebo mannitolu. Tyto jednoduché roztoky však nereprezentují roztoky sloţitější, jako například sérum nebo moč 13. Měření osmolality je jediným způsobem, jak objektivně získat co nejpřesnější údaje o osmotické koncentraci přípravku. Výpočet teoretické osmolality Osmolalitu m os (mosmol/kg) lze přibliţně vypočítat velice jednoduchým způsobem. K výpočtu je potřeba znát počet částic n, na který se molekula v roztoku disociuje a molalitu zkoumaného roztoku m: 19 m os m n (11) Protoţe v roztocích dochází k interakcím mezi disociovanými ionty léčiva, tento výpočet přesně nevystihuje chování molekul a celkové dění v roztoku. Pro roztoky neelektrolytů je tento postup výpočtu přijatelný. Pro elektrolyty, které

21 disociují na dva či více iontů, není tento způsob výpočtu vhodný, neboť neuvaţuje disociaci a interakce mezi vzniklými částicemi 20. Z tohoto důvodu je výpočet nutné rozšířit o člen, který v sobě zahrnuje interakce mezi disociovanými částicemi, tzv. molální osmotický koeficient Φ. m os n m (12) Po úpravě lze určit molální osmotický koeficient 1 : m os (13) m n Hodnota molálního osmotického koeficientu závisí na koncentraci rozpouštěné látky v roztoku, na chemických vlastnostech a schopnosti disociace rozpouštěné látky. Se vzrůstající koncentrací se molální osmotický koeficient sniţuje. U roztoků pouţívaných ve farmacii bývá většinou molální osmotický koeficient menší neţ jedna Osmolarita Osmolarita je vyjádření osmotické koncentrace v osmol na jeden litr roztoku. Vzhledem k tomu, ţe je osmolarita vztaţená na jeden litr celého roztoku, nabývá vţdycky vyšších hodnot neţ osmolalita, která je vztaţena a jeden kilogram čistého rozpouštědla. To znamená, ţe pokud jeden kilogram a jeden litr je shodné mnoţství rozpouštědla jako například u vody při 20 C, osmolalita a osmolarita nebudou nabývat stejných hodnot 13. Výjimka je pouze u velmi zředěných roztoků, kdy se dají povaţovat obě veličiny za totoţné 20. Je často pouţívaná v klinické praxi, protoţe vyjadřuje osmol jako funkci objemu. Pro aplikaci parenterálních přípravků je to informace velice důleţitá vzhledem k praktickému pouţití roztoků a infusí. Osmolaritu není moţné změřit, lze ji pouze teoreticky vypočítat z naměřených hodnot osmolality, z molarity a hustoty roztoku 10. Existuje několik přístupů k výpočtu osmolarity, které se od sebe liší jak postupem výpočtu a potřebnými údaji k výpočtu, tak bohuţel i svými výsledky a proto by se mezi sebou měly porovnávat výsledky vypočítané shodnou metodou, aby nedocházelo k mylným tvrzením a závěrům

22 Teoretická osmolarita Výpočet teoretické osmolarity je nejjednodušší postup odhadu osmolarity. K tomuto odhadu je potřeba znát pouze molární koncentraci roztoku c a počet částic n, na který se rozpouštěná látka disociuje: c os c n (14) kde c os značí osmolaritu. Teoretická osmolarita je hodnota, která nezohledňuje interakce částic a celkové vlastnosti roztoku. U neelektrolytů nejsou odchylky od hodnot osmolality velké, zatímco u elektrolytů a tělních tekutin je teoretická osmolarita značně nepřesná. 10 Aktuální osmolarita Odhad aktuální osmolarity vychází z naměřené osmolality. K výpočtu je potřeba znát parciální specifický objem rozpuštěné látky, hustotu roztoku h a naměřenou osmolalitu m os. 10 Parciální specifický objem V g (ml/g) je definován změnou celkového objemu roztoku po přidání jednoho gramu rozpouštěné látky. c 1000 m 1000 M 0 h os os (15) V g Výpočet aktuální osmolarity je poněkud sloţitější neţ výpočet osmolarity teoretické, avšak výsledky aktuální osmolarity mají větší výpovědní hodnotu a více v sobě odráţí chování částic v roztoku. Aktuální osmolarita se méně liší od hodnot naměřené osmolality neţ osmolarita teoretická, proto je tedy aktuální osmolarita pro praktické pouţití v lékařské praxi mnohem vyuţitelnější 9. Odhad osmolarity z koncentrace vody Tento výpočet osmolarity vychází z vypočítané koncentrace vody v roztoku. Koncentrace vody v roztoku se vypočítá odečtením naváţky rozpouštěné látky (M 0 ) od hustoty roztoku

23 Vztah mezi molaritou a osmolaritou je stejný jako mezi molalitou a osmolalitou. U obou veličin záleţí na výsledném počtu molekul, které se nacházejí v roztoku. 11 Teoreticky lze říci, ţe hodnoty osmolality a osmolarity stoupají přímo úměrně se stoupající koncentraci rozpouštěné látky v rozpouštědle a ţe u vícesloţkových roztoků můţeme sečíst hodnoty roztoků jednosloţkových. Ve skutečnosti velice málo roztoků vykazuje aditivní vlastnosti a lineární souvislost mezi osmolaritou a koncentrací kromě roztoků velmi zředěných

24 7 Experimentální část 7.1 Použité přístroje Váhy Acculab Atilon ATL-4202-V, Germany (d=0,01g) Analytické váhy KERN ABJ 120-4M, Fisher Scientific Pardubice (d = 0,1mg) Analyzátor vlhkosti MA 30, Sartorius, Germany (d=0,001g) Hustoměr DMA 4500, Anton Paar, USA Automatický semi-mikro osmometr, Knauer, Germany 7.2 Použité suroviny Mannitolum - Ph. Eur. 5.6, Kulich, Říčany Sorbitolum - ČL 2009, Kulich, Říčany Urea - ČL 2009, Kulich, Říčany 7.3 Měření obsahu vlhkosti Pro zjištění obsahu vlhkosti v surovinách jsem pouţívala analyzátor vlhkosti. Pro jednotlivé studované látky jsem zvolila teplotu sušení s ohledem na jejich teplotu tání. Před naváţením vzorku jsem si vytárovala hliníkovou misku určenou k sušení. Poté jsem naváţila vlastní vzorek o hmotnosti přibliţně 1g s přesností na 1mg, analyzátor zavřela a spustila sušení. Všechny vzorky jsem sušila do konstantní hmotnosti. Vzorky vyhovovaly obsahem vlhkosti poţadavkům Českého lékopisu. 7.4 Příprava roztoků Všechny vodné roztoky studovaných látek jsem připravila s látkovou koncentrací v rozsahu 0,1 1,0 mol/l (molární) a mol/kg (molální). Roztoky v molární koncentraci jsem připravila rozpuštěním vypočítaného mnoţství látky, naváţeného s přesností 0,1 mg na analytických vahách, v menším mnoţství čištěné vody o teplotě 20 C. Vzniklý roztok jsem v odměrné baňce o objemu jeden litr doplnila čištěnou vodou po rysku

25 Roztoky v molální koncentraci jsem připravila rozpuštěním vypočítaného mnoţství látky, naváţeného s přesností 0,1 mg na analytických vahách, v 1,0 kg čištěné vody. Roztoky jsem uchovávala v dobře uzavřené nádobě na tmavém místě po dobu maximálně 24 hodin. 7.5 Měření hustoty Hustotu všech roztoků jsem měřila na hustoměru při teplotě 20 C. Při měření jsem postupovala tak, ţe jsem nejprve na přístroji zkontrolovala hustotu čištěné vody a hustotu vzduchu při 20 C při aktuálním atmosférickém tlaku. Poté jsem naplnila čistou a suchou měřící celu hustoměru vzorkem a změřila jeho hustotu. Hustotu roztoků jsem měřila pětkrát a z naměřených hodnot jsem vypočítala průměrnou hodnotu. Výsledky jsou prezentovány v tabulkách 2-4 pro molární koncentrace roztoků mannitolu, sorbitolu a močoviny a v tabulkách 5-7 pro molální roztoky zkoumaných parenterálních látek. 7.6 Měření osmolality Osmolalitu jsem měřila na osmometru v souladu s postupem uvedeným v aktuálním Českém lékopisu. 1 Přesnost přístroje je nutné ověřit pomocí roztoků chloridu sodného. Závislost mezi kalibrovanou a naměřenou osmolalitou popisuje rovnice lineární regrese s koeficientem determinace R 2 = 0, y 0, x 1,35 (16) kde x je kalibrovaná osmolalita a y naměřená osmolalita. Pro další výpočty je pouţita kalibrovaná osmolalita, která odráţí odchylky v měření osmometru. Před měřením jsem na osmometru nastavila nulovou hodnotu pomocí čištěné vody a hodnotu 400 mosmol/kg pomocí roztoku chloridu sodného připraveného rozpuštěním 12,687 gramů v jednom kilogramu čištěné vody. Roztoky chloridu sodného pro kalibraci osmometru byly připraveny v souladu s Českým lékopisem. Vlastní měření probíhalo tak, ţe jsem vzorek o objemu 150 mikrolitrů naplnila mikropipetou do malé zkumavky určené k měření v osmometru. Zkumavku

26 reálná osmolalita jsem nasadila na hlavu osmometru a změřila osmolalitu v osmol/kg. Kaţdý vzorek jsem měřila pětkrát a ze získaných hodnot jsem vypočítala průměr. Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 2-4 pro molární roztoky mannitolu, sorbitolu a močoviny a v tabulkách 5-7 pro molální roztoky těchto látek Ideální osmolalita obr.č 1.Kalibrační přímka chloridu sodného

27 7.7 Odhady osmolarity Teoretická osmolarita Teoretická osmolarita se vypočte dle rovnice 14. Pro roztoky připravené v molární koncentraci se pro výpočet pouze dosadí hodnoty do uvedené rovnice. K přepočtu z molální koncentrace na koncentraci molární je potřeba zjistit objem (V), který roztok zaujímá pomocí naměřené hustoty molálního roztoku při 20 C (h m 20 ): M V (17) h m kde M je celková hmotnost roztoku, tedy součet naváţky rozpouštěné látky a hmotnosti rozpouštědla, která je u molálních roztoků vţdy jeden kilogram. Molární koncentrace (c) se poté vypočítá pomocí vypočítaného objemu a molální koncentrace (m) podle 8 : m c (18) V Aktuální osmolarita K výpočtu aktuální osmolarity je potřeba zjistit parciální specifický objem V g (ml/g), který je definován změnou celkového objemu roztoku po přidání jednoho gramu rozpouštěné látky. Výpočty vychází z aditivních vlastností objemu. V V v V 0 (19) kde V je celkový objem roztoku, V v je objem vody obsaţené v roztoku a V 0 objem látky rozpuštěné v roztoku. K výpočtu parciálního specifického objemu u molálních roztoků je potřeba vypočítat objem vody obsaţený v roztoku. Protoţe u molálních roztoků je známa hmotnost daného roztoku i naměřená hustota, lze vycházet ze vztahu:

28 M v Vv (20) h v kde V v je objem vody v roztoku, M v hmotnost vody v roztoku a h v hustota vody při 20 C (0,9982g/cm 3 ). Protoţe hmotnost vody je u všech roztoků připravovaných v molální koncentraci stejná (1000,0 g), objem vody je tedy pro všechny molální roztoky stejný a to 1001,8 ml. Parciální specifický objem se poté vypočítá podle: V M h V v m g (21) M 0 kde M 0 je naváţka rozpuštěné látky, h m hustota molálního roztoku při 20 C. Podíl M a h m znamená vlastně objem celého roztoku 9. Výpočet parciálního specifického objemu se u molárních roztoků liší. K výpočtu objemu vody v roztoku je zapotřebí určit nejdříve hmotnost vody přítomné v roztoku. Vychází se z hustoty molárního roztoku dané látkové koncentrace při 20 C a naváţky rozpuštěné látky. Objem vody (V v ) se pak vypočítá pomocí rovnice: V h M c 0 v (22) h v kde h c je hustota molárního roztoku při 20 C, M 0 naváţka rozpuštěné látky a h v hustota vody při 20 C. Parciální specifický objem V g u molárních roztoků se poté vypočte podle: V V V v g (23) M 0 Konečný výpočet aktuální osmolarity je jak pro molální tak pro molární roztoky stejný podle rovnice

29 7.7.3 Odhad osmolarity pomocí koncentrace vody Tento výpočet osmolarity vychází z vypočítané koncentrace vody v roztoku odečtením naváţky rozpouštěné látky (M 0 ) od hustoty roztoku 20. Pro molální roztoky platí: cos os m 0 m (h M ) (24) kde m os je osmolarita a h m hustota molálního roztoku při 20 C. Pro molární roztoky pak obdobně platí: cos os c 0 m (h M ) (25) 7.8 Výpočet molálního osmotického koeficientu Dle Českého lékopisu lze vypočítat teoretickou osmolalitu podle rovnice č. 13 z molality, počtu částic, na který se molekula disociuje, a molálního osmotického koeficientu, který bere v úvahu interakce mezi vzniklými částicemi. U molálních roztoků lze vycházet z molality roztoku. U molárních roztoků je nejdříve potřeba molární koncentraci převést na molální. K tomu je potřebný konverzní faktor f, který získáme 21 : f h c M 0 (26) h c značí hustotu molárního roztoku naměřenou při 20 C a M 0 naváţku rozpouštěné látky pro přípravu roztoku dané koncentrace. Molální koncentrace je vyjádřena jako podíl molarity a převodního faktoru. c m (27) f Vypočítané hodnoty molální koncentrace z molární koncentrace spolu s příslušnými faktory konverze jsou uvedeny v souhrnných tabulkách č

30 8 Výsledky tab. č. 2: Vlastnosti molárních roztoků mannitolu c (mol/l) M 0 h c M f m V v m os (g) (g/cm 3 ) (g) (mol/kg) (ml) (mosmol/kg) 0,1 18,217 1, ,004 0,986 0, , ,2 36,434 1, ,010 0,974 0, , ,3 54,651 1, ,017 0,963 0, , ,4 72,868 1, ,023 0,951 0, , ,5 91,085 1, ,030 0,939 0, , ,6 109,302 1, ,036 0,927 0, , ,7 127,519 1, ,042 0,915 0, , ,8 145,736 1, ,049 0,903 0, , ,9 163,953 1, ,055 0,891 1, , ,0 182,170 1, ,061 0,879 1, , tab. č. 3: Vlastnosti molárních roztoků sorbitolu c (mol/l) M 0 h c M f m V v m os (g) (g/cm 3 ) (g) (mol/kg) (ml) (mosmol/kg) 0,1 18,217 1, ,005 0,986 0, , ,2 36,434 1, ,011 0,975 0, , ,3 54,651 1, ,017 0,963 0, , ,4 72,868 1, ,024 0,951 0, , ,5 91,085 1, ,030 0,939 0, , ,6 109,302 1, ,036 0,927 0, , ,7 127,519 1, ,043 0,915 0, , ,8 145,736 1, ,049 0,903 0, , ,9 163,953 1, ,055 0,891 1, , ,0 182,170 1, ,061 0,879 1, ,

31 tab. č. 4: Vlastnosti molárních roztoků močoviny c (mol/l) M 0 h c M f m V v m os (g) (g/cm 3 ) (g) (mol/kg) (ml) (mosmol/kg) 0,1 6,006 0, ,000 0,994 0, , ,2 12,012 1, ,001 0,989 0, , ,3 18,018 1, ,003 0,985 0, , ,4 24,024 1, ,005 0,981 0, , ,5 30,030 1, ,006 0,976 0, , ,6 36,036 1, ,008 0,972 0, , ,7 42,042 1, ,010 0,968 0, , ,8 48,048 1, ,011 0,963 0, , ,9 54,054 1, ,013 0,959 0, , ,0 60,060 1, ,014 0,954 1, , tab. č. 5: Vlastnosti molálních roztoků mannitolu m (mol/kg) M 0 h m M V c (g) (g/cm 3 ) (g) (ml) (mol/l) (mosmol/kg) 0,1 18,217 1, , ,70 0, ,2 36,434 1, , ,64 0, ,3 54,651 1, , ,51 0, ,4 72,868 1, , ,44 0, ,5 91,085 1, , ,34 0, ,6 109,302 1, , ,48 0, ,7 127,519 1, , ,41 0, ,8 145,736 1, , ,29 0, ,9 163,953 1, , ,33 0, ,0 182,170 1, , ,31 0, m os

32 tab. č. 6: Vlastnosti molálních roztoků sorbitolu m (mol/kg) M 0 h m M V c (g) (g/cm 3 ) (g) (ml) (mol/l) (mosmol/kg) 0,1 18,217 1, , ,69 0, ,2 36,434 1, , ,50 0, ,3 54,651 1, , ,39 0, ,4 72,868 1, , ,19 0, ,5 91,085 1, , ,16 0, ,6 109,302 1, , ,12 0, ,7 127,519 1, , ,96 0, ,8 145,736 1, , ,99 0, ,9 163,953 1, , ,96 0, ,0 182,170 1, , ,77 0, m os tab. č. 7: Vlastnosti molálních roztoků močoviny m (mol/kg) M 0 h m M V c (g) (g/cm 3 ) (g) (ml) (mol/l) (mosmol/kg) 0,1 6,006 0, , ,23 0, ,2 12,012 1, , ,57 0, ,3 18,018 1, , ,94 0, ,4 24,024 1, , ,39 0, ,5 30,030 1, , ,74 0, ,6 36,036 1, , ,15 0, ,7 42,042 1, , ,55 0, ,8 48,048 1, , ,93 0, ,9 54,054 1, , ,35 0, ,0 60,060 1, , ,74 0, m os

33 osmolalita (osmol/kg) osmolalita (mosmol/kg) molarita molalita 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 2: Vliv molální (mol/kg) a molární (mol/l) koncentrace na osmolalitu mannitolu m os = 1126,6 c - 12,686 (r 2 = 0,9997) (28) m os = 1009,6 m + 1,0995 (r 2 = 1,0000) (29) molarita molalita 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr.č.3: Vliv molální (mol/kg) a molární (mol/l) koncentrace na osmolalitu sorbitolu m os = 1128 c 17,367 (r 2 = 0,9993) (30) m os = 1001,6 m + 3,5383 (r 2 = 0,9999) (31)

34 osmolalita (mosmol/kg) molarita molalita 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr.č.4: Vliv molální (mol/kg) a molární (mol/l) koncentrace na osmolalitu močoviny m os = 976,14 c + 5,403 (r 2 = 0,9999) (32) m os = 919,48 m + 11,085 (r 2 = 0,9994) (33)

35 osmotická koncentrace tab. č. 8: Odhady osmolarity molárních roztoků mannitolu c (mol/l) m os c os (osmol/l) (mosmol/kg) rovnice č. 14 rovnice č. 15 rovnice č. 25 0, , , , , , , , , , osmolalita osmolarita č. 14 osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 c (mol/l) obr. č. 5: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci molárních roztoků mannitolu

36 osmotická koncentrace tab. č. 9: Odhady osmolarity molárních roztoků sorbitolu c (mol/l) m os c os (osmol/l) (mosmol/kg) rovnice č. 14 rovnice č. 15 rovnice č. 25 0, , , , , , , , , , osmolalita osmolarita č osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 c (mol/l) obr. č. 6: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci u molárních roztoků sorbitolu

37 osmotická koncentrace tab. č. 10: Odhady osmolarity molárních roztoků močoviny c (mol/l) m os c os (osmol/l) (mosmol/kg) rovnice č. 14 rovnice č. 15 rovnice č. 25 0, , , , , , , , , , osmolalita osmolarita č. 14 osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 c (mol/l) obr. č. 7: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci u molárních roztoků močoviny

38 osmotická koncentrace tab. č. 11: Odhady osmolarity molálních roztoků mannitolu m (mol/kg) c (mol/l) m os (mosmol/kg) rovnice č.14 c os (osmol/l) rovnice č. 15 rovnice č.24 0,1 0, ,2 0, ,3 0, ,4 0, ,5 0, ,6 0, ,7 0, ,8 0, ,9 0, ,0 0, osmolalita osmolarita č osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 m (mol/kg) obr. č. 8: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci u molálních roztoků mannitolu

39 osmotická koncentrace tab. č. 12: Odhady osmolarity molálních roztoků sorbitolu m c (mol/kg) (mol/l) m os (mosmol/kg) c os (osmol/l) rovnice rovnice rovnice č. 14 č. 15 č. 24 0,1 0, ,2 0, ,3 0, ,4 0, ,5 0, ,6 0, ,7 0, ,8 0, ,9 0, ,0 0, osmolalita osmolarita č. 14 osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 m (mol/kg) obr. č. 9: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci u molálních roztoků sorbitolu

40 osmotická koncentrace tab. č. 13: Odhady osmolarity molálních roztoků močoviny m c (mol/kg) (mol/l) m os (mosmol/kg) c os (osmol/l) rovnice rovnice rovnice č. 14 č. 15 č. 24 0,1 0, ,2 0, ,3 0, ,4 0, ,5 0, ,6 0, ,7 0, ,8 0, ,9 0, ,0 0, osmolalita osmolarita č. 14 osmolarita č. 15 osmolarita č ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 m (mol/kg) obr. č. 10: Porovnání odhadů osmolarity s osmolalitou v závislosti na koncentraci u molálních roztoků močoviny

41 tab. č. 14: Přehled parciálních specifických objemů látek v závislosti na molární koncentraci V g (ml/g) c (mol/l) mannitol sorbitol močovina 0,1 0,66 0,65 0,73 0,2 0,67 0,65 0,73 0,3 0,65 0,65 0,73 0,4 0,65 0,65 0,73 0,5 0,65 0,65 0,73 0,6 0,65 0,65 0,73 0,7 0,66 0,65 0,73 0,8 0,65 0,65 0,73 0,9 0,66 0,65 0,73 1,0 0,66 0,65 0,73 průměr V g 0,66 0,65 0,73 tab. č. 15: Přehled parciálních specifických objemů látek v závislosti na molální koncentraci m (mol/kg) V g (ml/g) mannitol sorbitol močovina 0,1 0,65 0,65 0,74 0,2 0,65 0,65 0,73 0,3 0,65 0,65 0,73 0,4 0,65 0,65 0,73 0,5 0,65 0,65 0,73 0,6 0,66 0,65 0,73 0,7 0,66 0,65 0,73 0,8 0,66 0,65 0,73 0,9 0,66 0,65 0,73 1,0 0,66 0,65 0,73 průměr V g 0,65 0,65 0,

42 parciální specifický objem parpiciální specifický objem 0,70 0,65 průměrný Vg (molarita) průměrný Vg (molalita) 0,60 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 11: Závislost parciálního specifického objemu V g (ml/g) na látkové koncentraci roztoků mannitolu 0,70 0,65 průměrný Vg (molarita) průměrný Vg (molalita) 0,60 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 12: Závislost parciálního specifického objemu V g (ml/g) na látkové koncentraci roztoků sorbitolu

43 parciální specifický objem 0,78 0,73 průměrný Vg (molarita) průměrný Vg (molalita) 0,68 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 13: Závislost parciálního specifického objemu V g (ml/g) na látkové koncentraci roztoků močoviny

44 tab. č. 16: Přehled molálních osmotických koeficientů v závislosti na molární koncentraci Φ c (mol/l) mannitol sorbitol močovina 0,1 1, , , ,2 1, , , ,3 1, , , ,4 1, , , ,5 1, , , ,6 1, , , ,7 1, , , ,8 1, , , ,9 0, , , ,0 0, , ,93338 tab. č. 17: Přehled molálních osmotických koeficientů v závislosti na molální koncentraci Φ m (mol/kg) mannitol sorbitol močovina 0,1 1, , , ,2 1, , , ,3 1, , , ,4 1, , , ,5 1, , , ,6 1, , , ,7 1, , , ,8 1, , , ,9 1, , , ,0 1, , ,

45 molální osmotický koeficient molální osmotický koeficient 1,10 1,05 1,00 0,95 molalita molarita 0,90 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 14: Závislost molálního osmotického koeficientu Φ na látkové koncentraci roztoků mannitolu 1,10 1,05 1,00 0,95 molalita molarita 0,90 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 15: Závislost molálního osmotického koeficientu Φ na látkové koncentraci roztoků sorbitolu

46 molální osmotický koeficient 1,05 1,00 0,95 molalita molarita 0,90 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 látková koncentrace obr. č. 16: Závislost molálního osmotického koeficientu Φ na látkové koncentraci roztoků močoviny

47 9 Diskuse Osmotická koncentrace je velice důleţitá pro určení osmotických vlastností vodných roztoků léčiv. Deklarace osmotické koncentrace by měla v praxi být součástí označení parenterálních přípravků, neboť osmotické jevy hrají významnou úlohu zejména u infuzních přípravků, kde se podávají větší objemy roztoků. Osmotické působení na organismus se projevuje pohybem vody mezi buňkami, a proto je u parenterálních přípravků osmotická koncentrace a osmotický tlak velice důleţitou veličinou z důvodu působení molekul roztoku na tkáně těla, kam je roztok aplikován 17. Při označování infuzních roztoků se obvykle uvádí osmotická koncentrace jako osmolarita v mosmol/l. Měřením na osmometru lze však zjistit pouze osmolalitu (mosmol/kg). V označení parenterálií se rovněţ preferuje uvádění látkové koncentrace v molaritě (mol/l). Osmolalita však závisí na molalitě roztoku (mol/kg). Převody mezi osmotickými i látkovými koncentracemi jsou tedy nutné. Tato práce se zabývala měřením osmolality roztoků tří parenterálních látek, mannitolu, sorbitolu a močoviny, připravených v molární a molální koncentraci v rozmezí 0,1-1,0 mol/l resp. mol/kg a vzájemnými převody mezi osmotickými koncentracemi. K vzájemnému převodu mezi molalitou a molaritou je nutné znát hustotu roztoku. Hustota připravených roztoků byla měřena při 20 C. Výsledky jsou uvedeny v souhrnných tabulkách č.2-7. Osmolalita roztoků se stoupající koncentrací stoupá přímo úměrně. Na obrázcích č. 2-4 jsou patrné rozdíly mezi molární a molální koncentrací. Osmolalita je u molárních roztoků vyšší neţ u roztoků molálních. To je zapříčiněno tím, ţe ve stejném objemu obsahuje molární roztok více látky. Závislost osmolality na molalitě a molaritě popisují rovnice lineární regrese 28 a 29 pro mannitol, 30 a 31 pro sorbitol a 32 a 33 pro močovinu. Koeficienty determinace se pohybují v rozmezí 0,9993 a 1,0000. Hodnoty osmolality a hustoty připravených roztoků byly vyuţity k odhadu osmolarity

48 Naměřené hodnoty osmolality jsem dále pouţila k výpočtu osmolarity podle rovnice č. 14 pro teoretickou osmolaritu u molálních roztoků, č. 15 pro aktuální osmolaritu a č. 24 a 25 pro osmolaritu určenou pomocí koncentrace vody. Při výpočtu osmolarity různými způsoby se výsledky často znatelně liší a to aţ o 20%. Na obalech parenterálních přípravků jsou uvedeny hodnoty teoretické osmotické koncentrace. Teoretická osmolarita je pro výpočet nejjednodušší. Získané výsledky osmolarity však neuvaţují interakce mezi částicemi a proto jsou nejméně přesné. U molárních roztoků stačí k výpočtu znát pouze počet částic, na který se molekula rozpouštěné látky disociuje a molární koncentraci roztoku. Protoţe všechny studované látky měly povahu neelektrolytů je teoretická osmolarita číselně rovna molární koncentraci. U molálních roztoků je výpočet obtíţnější, protoţe prvně musíme vypočítat z molální koncentrace koncentraci molární. K tomuto převodu potřebujeme znát hustotu molálního roztoku. Z hmotnosti a hustoty se určí objem, který molální roztok zaujímá a následně pak molarita podle rovnice č. 18. Data potřebná k převodu jsou shrnuta v tabulkách 2-7. Další moţností je výpočet aktuální osmolarity. K výpočtu je potřebná naměřená osmolalita a hustota roztoku. Mnohem přesnější výsledky poskytuje výpočet aktuální osmolarity, případně vyuţití koncentrace vody v roztoku. U zředěných roztoků jsou rozdíly mezi teoretickou a aktuální osmolaritou a naměřenou osmolalitou velice malé, ale se stoupající koncentrací roztoku se rozdíly prohlubují 16. Tyto rozdíly jsou zásadní při přípravě nebo úpravě parenterálních roztoků. Při vyuţití metody výpočtu aktuální osmolarity je nejprve třeba určit parciální specifický objem V g (ml/g), který udává změnu objemu roztoku po přidání jednoho gramu rozpouštěné látky. Výpočet parciálního specifického objemu se u molálních a molárních roztoků liší. U obou typů roztoků je však nutné určit objem vody v roztoku. U molálních roztoků se objem vody určí podle rovnice č. 20. Pro výpočet parciálního specifického objemu u molálních roztoků je moţné vycházet z aditivity objemu a hmotnosti jednotlivých sloţek roztoku, tj. rozpouštědla (voda) a rozpouštěné látky. Protoţe roztok se připravuje vţdy z jednoho kilogramu vody a naváţky rozpouštěné látky, všechny molální roztoky mají při teplotě 20 C stejný