UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE. Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie. Rigorózní práce

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra farmaceutické technologie Rigorózní práce Osmolalita parenterálních směsí. Glukosa a mléčnan sodný. Osmolality of parenteral mixtures. Glucose and sodium lactate. Mgr. Kateřina Šticová 2014

Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně (pod vedením konzultanta). Veškerá literatura a další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, jsou uvedeny v seznamu použité literatury a v práci řádně citovány. Práce nebyla využita k získání jiného nebo stejného titulu. Mgr. Kateřina Šticová 2

Poděkování Velmi děkuji Doc. PharmDr. Zdeňce Šklubalové, Ph.D. za odborné vedení při vypracovávání rigorózní práce a za cenné rady a připomínky při jejím zpracování. Děkuji také své rodině za podporu a pomoc během celého studia. 3

Obsah 1 Abstrakt... 6 2 Abstract... 7 3 Zadání... 8 4 Seznam zkratek a symbolů... 9 5 Úvod... 10 6 Teoretická část... 11 6.1 Vnitřní prostředí organismu... 11 6.1.1 Rozložení tekutiny v organismu... 11 6.1.2 Bilance tekutin... 12 6.1.3 Regulace objemu vody a krevního oběhu... 13 6.2 Poruchy objemu a složení tělesných tekutin... 15 6.2.1 Dehydratace... 15 6.2.2 Hyperhydratace... 17 6.3 Roztoky využívané k terapii poruch objemu a složení tělesných tekutin... 19 6.3.1 Roztoky elektrolytů... 19 6.3.2 Roztoky sacharidů... 20 6.4 Osmotické vlastnosti... 22 7 Experimentální část... 24 7.1 Použité suroviny... 24 7.2 Použité přístroje... 24 7.3 Použité metody... 24 7.3.1 Příprava roztoků... 24 7.3.2 Měření hustoty... 27 7.3.3 Měření osmolality... 27 7.4 Zpracování výsledků... 28 7.4.1 Převod molality na molaritu... 28 7.4.2 Odhad molálního objemu látky... 28 4

7.4.3 Odhad měrného specifického objemu látky... 29 7.4.4 Odhad molálního osmotického koeficientu... 29 7.4.5 Převod osmolality na osmolaritu... 29 8 Výsledky... 31 9 Diskuse... 42 9.1 Hustota... 43 9.2 Osmolalita... 43 9.3 Převod molality na molaritu... 44 9.4 Odhad molálního objemu látky... 45 9.5 Odhad měrného specifického objemu látky... 45 9.6 Odhad molálního osmotického koeficientu... 46 9.7 Odhad osmolarity... 47 10 Závěry... 49 11 Použitá literatura... 50 5

1 Abstrakt Univerzita Karlova v Praze, Farmaceutická fakulta v Hradci Králové Katedra: Farmaceutická technologie Kandidát: Konzultant: Název rigorózní práce: Mgr. Kateřina Šticová Doc. PharmDr. Zdeňka Šklubalová, Ph.D. Osmolalita parenterálních směsí. Glukosa a mléčnan sodný. V této práci byla měřena hustota a osmolalita izotonického roztoku glukosy a izotonického roztoku mléčnanu sodného, jejich izotonických směsí v různých poměrech a dílčích roztoků glukosy a mléčnanu sodného v koncentracích použitých ve směsích. Průměrná hodnota hustoty byla použita pro převod molality na molaritu, převod osmolality na osmolaritu a odhad molálního objemu V mol (ml/mol) a měrného specifického objemu V g (ml/g) rozpuštěné látky. Osmolalita směsí odpovídá součtu osmolality dílčích roztoků ve směsi. Hodnoty směsného molálního objemu a směsného měrného specifického objemu se s rostoucím obsahem glukosy ve směsi snižují, není možné je určit součtem hodnot molálního objemu, resp. měrného specifického objemu, dílčích roztoků látek. Pro odhad osmolarity lze z metod uvedených v americkém lékopise USP s velmi dobrou přesností použít metodu využívající měrný specifický objem látky a/nebo koncentraci vody. 6

2 Abstract Charles University in Prague, Faculty of Pharmacy in Hradec Králové Department of: Candidate: Consultant: Title of Thesis: Pharmaceutical Technology Mgr. Kateřina Šticová Doc. PharmDr. Zdeňka Šklubalová, Ph.D Osmolality of parenteral mixtures. Glucose and sodium lactate In this work the density and osmolality of the isotonic solution of glucose and the isotonic solution of sodium lactate, and their mixtures in various proportions and the partial solutions of glucose and sodium lactate in the concentrations used in the mixtures was measured. The average density was used for the conversion of molality to molarity, the conversion of osmolality to osmolarity and to estimate the molal volume V mol (ml/mol) and the partial specific volume V g (ml/g) of the solute. Osmolality of the mixtures corresponds the sum of osmolality of the partial solutions in the mixtures. The value of the molal volume of the mixtures and the partial specific volume of the mixtures decreases with the growing content of glucose; it is not possible to determine them by the sum of the molal volume, resp. the partial specific volume, of the partial solutions. Out of the methods of osmolarity estimations presented in USP, the method employing the partial specific volume or/and the method using the concentration of water are the best ones. 7

3 Zadání Teoretická část této rigorózní práce je zaměřena na zpracování literární rešerše se zaměřením na terapii poruch hydratace organismu, rozložení vody v organismu a regulace hydratace. Úkoly experimentální části byly sestaveny následovně: 1) připravit izotonické směsi roztoků mléčnanu sodného a glukosy v různých poměrech, dílčí roztoky mléčnanu sodného a glukosy v koncentracích použitých ve směsi a izotonické roztoky glukosy a mléčnanu sodného 2) změřit hustotu připravených roztoků při teplotě 20 a 25 C 3) změřit osmolalitu připravených roztoků 4) využít průměrnou hustotu změřenou při teplotě 20 C k převodu molality na molaritu, k odhadu molálního objemu látky a měrného specifického objemu látky 5) využít změřenou osmolalitu k výpočtu molálního osmotického koeficientu 6) pomocí metod USP odhadnout osmolaritu roztoků 7) zjistit vliv složení izotonické směsi roztoků glukosy a mléčnanu sodného na sledované parametry roztoku (osmolalita, osmolarita, molální objem látky, měrný specifický objem látky). 8

4 Seznam zkratek a symbolů ADH antidiuretický hormon c mmol/l molarita C g/ml koncentrace rozpuštěné látky c os mosmol/l osmolarita CTV celková tělesná voda ECT extracelulární tekutina f převodní faktor G glukosa h r g/ml hustota roztoku h v g/ml hustota vody ICT intracelulární tekutina K K K kg mol -1 kryoskopická konstanta L mléčnan sodný (laktát sodný) m mmol/kg molalita M 0 g hmotnost navážky látky M G g hmotnost glukosy M L g hmotnost roztoku mléčnanu sodného m os mosmol/kg osmolalita M r g hmotnost roztoku M v g hmotnost vody M w g/mol molekulová hmotnost n počet částic rh relativní hustota roztoku SD směrodatná odchylka V 0 ml objem rozpuštěné látky V g ml/g měrný specifický objem látky V mol ml/mol molální objem látky V r ml objem roztoku V v ml objem vody ΔT C snížení bodu tuhnutí Φ molální osmotický koeficient 9

5 Úvod Aplikace velkoobjemových parenterálních přípravků musí být prováděna opatrně, velký důraz se klade na hodnoty osmolality, popř. osmolarity aplikovaných roztoků. Velkoobjemové parenterální přípravky musí být bez nežádoucích vedlejších efektů na lidské tkáně. Velmi důležitý je zde osmotický tlak. Pokud je osmotický tlak mezi dvěma prostory oddělenými polopropustnou membránou odlišný (z důvodů odlišné koncentrace rozpuštěných látek), dochází k přestupu tekutiny s cílem vyrovnat tyto koncentrace. Při aplikaci intravenózních infuzí musí být osmotický tlak těchto infuzí podobný osmotickému tlaku tělních tekutin. Parenterální infuze často obsahují více různých složek. Tyto složky se mohou vzájemně ovlivňovat a měnit tak vlastnosti roztoků. V této rigorózní práci jsem se zaměřila na pozorování vlastností roztoků glukosy a mléčnanu sodného, kde se mění poměr jednotlivých složek. Velkoobjemové parenterální přípravky jsou využívány pro různé účely. Rozsáhlé pole využití představuje úprava hydratace organismu. Objem vody i rozložení vody v organismu je homeostatickými procesy udržován v určitém rozmezí. Poruchy hydratace organismu a možnosti terapie jsou nastíněny v teoretické části. 10

6 Teoretická část 6.1 Vnitřní prostředí organismu Voda je základní složkou vnitřního prostředí organismu. Homeostatickými procesy umožňuje organismu udržovat osmotickou, metabolickou, teplotní a elektrochemickou rovnováhu, transportovat živiny a produkty metabolismu v buňkách i mezi buňkami. 1 Složení vnitřního prostředí je velmi citlivými regulačními mechanismy udržováno v téměř konstantních hodnotách, resp. kolísá jen ve velmi úzkém rozsahu. Tuto dynamickou rovnováhu všech procesů, které ovlivňují vlastnosti vnitřního prostředí, lze označit jako homeostázu vnitřního prostředí. 2 Organismus je kromě vody dále ještě složen z proteinů, kostních minerálů, buněčných minerálů, glykogenu, tuku. 1 6.1.1 Rozložení tekutiny v organismu Celková tělesná voda je v organismu rozdělena do jednotlivých tělesných kompartmentů. Tělesnými kompartmenty rozumíme ohraničené oddíly organismu, které mají buď specifické složení, nebo specifické funkce a jejichž složení a objem jsou zvláštními mechanismy regulovány. Tělesné kompartmenty jsou ve vzájemné komunikaci. 1 Celková tělesná voda (CTV) tvoří 55-60% tělesné hmotnosti. Její obsah se mění s věkem a je závislý na pohlaví. CTV se dělí na intracelulární (ICT, 40% tělesné hmotnosti) a extracelulární (ECT, 20% tělesné hmotnosti) tekutinu. ECT představuje voda v plazmě, v intersticiálním prostoru, voda v lymfatickém systému, v pojivové a kostní tkáni. 1 Mezi ICT a ECT dochází k výměně molekul a iontů. Na této výměně se podílejí různé membránové transportní procesy, z fyzikálních sil se uplatňuje především osmóza a difuze. Rychlý průnik vody je usnadněn přes vodní kanály (aquaporiny). 2 11

Tab.1: Podíl vody na tělesné hmotnosti v jednotlivých kompartmentech 1, 2 Celková tělesná voda (60% hmotnosti, 42 litrů) Extracelulární tekutina (20% hmotnosti, 14 litrů) Intracelulární tekutina (40% hmotnosti, 28 litrů) Plasmatická tekutina (5% hmotnosti; 3,5 litrů) Intersticiální tekutina (15% hmotnosti; 10,5 litrů) Pozn.: počítáno na hmotnost 70 kg muže, u žen jsou hodnoty % zastoupení nižší Složení tělesných tekutin Tělesné tekutiny v každém kompartmentu obsahují specifické koncentrace rozpuštěných látek, tj. elektrolytů a neelektrolytů. 3,4 Neelektrolyty jsou látky, které v roztoku nedisociují, např. glukosa, urea, kreatinin. Elektrolyty disociují v pozitivně a negativně nabité ionty a způsobují elektrickou vodivost roztoků. Sodík (Na + ) je primárně kation extracelulární tekutiny, draslík (K + ) představuje hlavní intracelulární kation. Anion vyskytující se v extracelulárním prostoru je chloridový ion (Cl - ) a bikarbonát (HCO - 3 ), hlavním intracelulárním aniontem je organický fosfát (PO 3-4 ). 6.1.2 Bilance tekutin V organismu neustále probíhá příjem a výdej vody. Oba tyto děje by měly být v rovnováze. Bilance vody by tedy měla být vyrovnaná, ale řadou fyziologických i patologických procesů je neustále porušována a řadou homeostatických procesů nebo regulačních procesů je naopak udržována v přijatelných hodnotách. 1 Příjem vody Denní potřeba vody je závislá na mnoha okolnostech, např. na pohlaví a věku jedince, zdravotním stavu, fyzické zátěži, vlivu okolní teploty a dalších faktorech. Dospělý jedinec přijímá denně v průměru 2000-2500 ml vody 3, podle jiného zdroje jsou hodnoty 2800 ml pro ženy, 3400 ml pro muže. 1 Většina přijaté vody je přijata 12

potravou v podobě nápojů a potravin, případně parenterální a enterální výživou. Část přijaté vody se získává z metabolismu živin. Ztráta vody Ke ztrátě vody dochází prostřednictvím moči, stolice. Mezi insenzibilní ztráty tekutin patří odpařování z tělesného povrchu a pocení a vydechovaní vzduchu. Insenzibilní ztráty tekutin jsou bez ztrát iontů a jde obecně o ztrátu čisté bezsolutové vody. 3 Pot obsahuje velmi malé množství elektrolytů, je hypotonický a ztráty vedou k dehydrataci. 3 Největší ztráty tekutin gastrointestinálním traktem nastávají při zvracení, průjmu, z píštělí s vysokým odpadem tekutiny a při kontinuálním odsávání gastrickou sondou. 6.1.3 Regulace objemu vody a krevního oběhu Regulace krevního oběhu Úkolem regulace krevního oběhu je zásobování organismu krví, zajištění optimálního řízení činnosti srdce a krevního tlaku, zajištění minimálního prokrvení všech orgánů a přerozdělení krevního proudu do právě aktivních orgánů a systémů na úkor orgánů, které jsou v té době v klidu. 5 Regulace probíhá místními mechanismy (změnou průsvitu cév) a celkovými mechanismy, kdy svalovina cév reaguje na podněty z ústředí celkových regulačních mechanismů. 6 Regulace objemu vody Při nedostatku vody se objevuje pocit žízně, který vzniká na základě impulzů v tzv. centru žízně v hypotalamu. Žízeň vyvolává stoupnutí osmolality tělních tekutin a zvýšená koncentrace angiotenzinu II. 5 Přijatelné rozmezí osmolality hlídají osmoreceptory, antidiuretický hormon (ADH) a ledviny jako jeho cílový orgán. Nedostatek vody Jestliže jsou ztráty vody větší než její příjem, dochází k vzestupu osmolality a ECT se stane hypertonickou. Dochází ke zvýšenému výdeji ADH ze zadního laloku 13

hypofýzy. ADH sníží vylučování vody z organismu. Osmoreceptory v hypotalamu vyvolají osmotickou žízeň. Nadbytek vody Při nadbytku vody se sníží osmolalita a ECT se stane hypotonickou. Tím se utlumí výdej ADH a následuje vodní diuréza. Objem vylučované vody souvisí s rozsahem retence sodných iontů Na +, která je řízena několika mechanismy: Antidiuretický hormon (ADH) Antidiuretický hormon (vazopresin) je hormon vylučovaný hypotalamem. Stimulace tvorby a sekrece do cirkulace je podmíněna vzestupem osmolarity plazmy a poklesem efektivního cirkulujícího objemu. 1 ADH zajišťuje retenci vody v ledvinách, zvýšenou absorpci sodného kationtu a sekreci draselného kationtu, vazokonstrikci, stimulaci syntézy prostaglandinů a prostacyklinu v ledvině. 1 Stárnutím klesá schopnost regulace objemu tekutin, dochází k poruše pocitu žízně, snížené sekreci ADH a ke snadnějšímu rozvoji dehydratace s hypernatremií. Aquaporiny Aquaporiny (vodní kanály) jsou specializované proteiny v buněčné membráně pro transport vody přes membrány. Základem membrán buněk je lipidová dvojvrstva, přes kterou pronikají molekuly vody omezenou rychlostí difuzí. Aquaporiny umožňují rychlý prostup molekul vody. 1 Renin, angiotensin, aldosteron Při akutním poklesu tlaku krve v ledvinách se zvýší sekrece reninu v ledvinách. Renin je enzym štepící angiotenzinogen na angiotensin I, který je dalším enzymem (angiotenzin konvertujícím enzymem, ACE) měněn na angiotenzinogen II. 5 14

Účinky angiotenzinu II (oktapeptid) jsou vazokonstrikční, dále působí na kůru nadledvin a zvyšuje sekreci mineralokortikoidního hormonu aldosteronu. Angiotenzin II se významným způsobem podílí na rozvoji zánětlivých změn cévní stěny. 1 Aldosteron zvyšuje zpětnou resorpci sodného kationtu v ledvinách a spolu s ním i vody. Důsledkem je větší objem cirkulující krve a zvýšený žilní návrat. 6 Natriuretické peptidy Natriuretické peptidy můžeme rozdělit do dvou skupin: vlastní natriuretické peptidy a peptidy s natriuretickou aktivitou (např. bradykinin, dioxin). Hlavním místem sekrece je myokard, ovšem mohou být syntetizovány i v jiných orgánech (plíce, mozek, ledviny). Stimulem pro syntézu je zvýšené napětí myocytů srdečních stěn. Hlavní účinek všech natriuretických peptidů je vazodilatace, diuréza, natriuréza. 1 6.2 Poruchy objemu a složení tělesných tekutin 6.2.1 Dehydratace Dehydratace může postihnout organismus jako celek, ale může se týkat jen určitého kompartmentu. Obecně mezi projevy dehydratace patří snížený kožní turgor, suché sliznice a suché podpažní jamky, ortostatické kolapsy, hypotenze, tachykardie, pokles hmotnosti, oligurie, přítomnost slabosti, apatie, nauzey, snížený centrální žilní tlak, nízká koncentrace sodíku v moči, vzestup koncentrace proteinů a albuminu a mnohé další projevy. 1,2 Dehydrataci lze rozdělit na tři skupiny podle toho, zda současně došlo ke ztrátě elektrolytů ve vnitřním prostředí: 3 - izotonická dehydratace (izotonická hypovolemie) - hypotonická dehydratace (hypotonická hypovolemie) - hypertonická dehydratace (hypertonická hypovolemie) 15

Izotonická dehydratace (izotonická hypovolemie) Porucha způsobená současnou ztrátu vody a sodíku. Je zachovaná koncentrace sodíku a tím normální osmolalita. Hlavním rysem je zmenšení objemu ECT. 3 Izotonická dehydratace vzniká zvracením, průjmem, ztrátami izotonické tekutiny píštělemi, diuretiky, drenáží ascitu a únikem tekutiny popálenými plochami. Léčba je prováděna substitucí izotonické tekutiny při zvracení, případně průjmech, je možné použít infuzní roztoky, např. Hartmannův nebo Ringerův. 3 Hypotonická dehydratace (hypotonická hypovolemie) Jde o současnou ztrátu vody i sodíku, přičemž ztráty sodíku převažují. 3 Může nastat pitím čisté vody nebo infuzemi glukosy při nedostatečném přívodu sodíku. Projevuje se dehydratace současně se snížením natremie a s poklesem osmolality. 3 Terapie spočívá v substituci izotonickými až mírně hypertonickými roztoky chloridu sodného. Hypertonická dehydratace (hypertonická hypovolemie, dehydratace s hypernatremií) Jedná se o izolovaný deficit čisté vody, nejsou ztráty sodíku. Voda difunduje z intracelulárního prostoru do hypertonické extracelulární tekutiny. Osmolalita je zvýšena. 3 K hypertonické dehydrataci může dojít nedostatečným příjmem vody nebo zvýšenými ztrátami vody (pocením, hypoventilací, při diabetes insipidus, při osmotické diuréze). 2.3 Klasicky vzniká s deficitem čisté vody u trosečníků, kteří pijí mořskou vodu, nebo obecně při pití izotonické nebo hypertonické tekutiny a zvýšených ztrátách vody. 3 Nedoporučuje se podávat rychle roztoky s velmi nízkou osmolaritou pro riziko vzniku edému mozku z rychlé změny osmolality. Jako zdroj čisté vody se podává 5%, 10%, a 20% glukosa, která se metabolizuje a zůstává čistá voda, případně poloviční Darrowův roztok. 3 16

6.2.2 Hyperhydratace Určení hyperhydratace je obtížnější než dehydratace, retence může být výraznější bez zřetelných klinických známek. Velkým problémem je určení kompartmentu, ve kterém nadbytek vody převažuje. 1 Obecné známky hyperhydratace jsou například otoky, zvýšená náplň krčních žil, vzestup hmotnosti, polyurie, známky srdečního přetížení, zvýšený centrální žilní tlak, pokles koncentrace proteinů a albuminu. 1 Hyperhydratace se podobně jako dehydratace rozděluje na tři formy: 3 - izotonická hyperhydratace (izotonická hypervolemie) - hypotonická hyperhydratace (hypotonická hypervolemie) - hypertonická hyperhydratace (hypertonická hypervolemie) Izotonická hyperhydratace (izotonická hypervolemie) Znamená nadbytek vody i sodíku v izotonickém poměru. Osmolalita séra je normální, extracelulární prostor je zvětšen a tomu odpovídá zvýšení celkového obsahu sodíku v extracelulárním prostoru. 3 Izotonická hypervolemie vzniká podáváním nadměrného množství izotonických infuzí při oligurii nebo anurii. Vyskytuje se při kardiálním selhání, chronické renální insuficienci a cirhóze jater. 3 Klinicky se projevuje otoky, výpotky, dušností, oběhovým selháním, vzestupem centrálního žilního tlaku. 3 Léčba se zakládá na omezení soli a tekutin, podávají se saluretika a osmotická diuretika, rychlá úprava se dosáhne hemofiltrací. 3 Hypotonická hyperhydratace (hypotonická hypervolemie, hyperhydratace s hyponatremií) Jde o nadbytek čisté vody, která se rozprostírá v extracelulárním i intracelulárním prostoru. Vzniká při podání nadměrného množství hypotonických roztoků. Omolalita séra i koncentrace sodíku jsou sníženy. 3 17

Porucha vzniká při nadměrném podávání hypotonických roztoků, gastrické laváži vodou, zvýšené sekreci antidiuretického hormonu, selhání jater a při projevech selhání energetiky organismu (otoky při kritických stavech). 3 Klinickými projevy jsou pocit slabosti, svalové křeče, nauzea, otoky, poruchy vědomí, dušnost, vzestup centrálního žilního tlaku. Hypervolemie vede často také k oběhovému selhání a je velmi často spojena s rizikem edému mozku. 3 Terapie hypotonické hypervolemie závisí na způsobu vzniku poruchy. Pokud je způsobena nadměrným přívodem hypotonických roztoků, soustřeďuje se léčba na restrikci příjmu bezsolutové vody. Při vzniku způsobeného energetickým selháním nenutné zlepšit již zmíněné parametry oxygenace, perfuze a také přívod vhodných energetických substrátů nahrazujících zdroje energie. 3 Hypertonická hyperhydratace (hypertonická hypervolemie) Porucha vzniká nadměrným přívodem nebo retencí sodíku a vody, přičemž přívod sodíku převažuje. Při poruše je zvýšena osmolalita séra, voda přechází z intracelulárního prostoru do extracelulárního. Při velké převaze sodíku často nestačí přívod vody a dochází k intracelulární dehydrataci se zmenšením objemu buněk. Velmi často vzniká při chybné léčbě vnitřního prostředí, kdy je hypernatremie nesprávně korigována nadměrným pitím bezsolutové vody nebo podáním hypotonických či bezsolutových infuzí. 3 Hypertonická hypervolemie může být způsobena nadměrným podáním hypertonických roztoků chloridu sodného, vzniká také při hypersekreci steroidních hormonů kůry nadledvin mineralokortikoidním účinkem (Cushingův syndrom, Connův syndrom), při požívání mořské vody a tonutí v moři (trosečníci). 3 Mezi klinické projevy patří vzestup centrálního žilního tlaku, oběhové selhání, rozvoj plicního otoku a poruchy centrálního nervového systému- zvracení, delirium, kóma. 3 Základní postupem v léčbě je omezení soli i tekutin, podání saluretik a osmotických diuretik a hemodiafiltrace. 3 18

6.3 Roztoky využívané k terapii poruch objemu a složení tělesných tekutin Velkoobjemové parenterální roztoky jsou obvykle podávány intravenózní infuzí. Jejich hlavní využití je doplnit tělesné tekutiny nebo elektrolyty nebo slouží jako náhrada výživy. 7 Ve formě intravenózních infusí se podávají elektrolyty, vícemocné alkoholy a sacharidy, aminokyseliny, koloidy. 8 6.3.1 Roztoky elektrolytů Roztoky elektrolytů jsou podávány s cílem dosáhnout, popř. udržet, normální osmotický tlak v extracelulárním i v intracelulárním prostoru. 9 Umožňují udržovat vyrovnané koncentrace vody a elektrolytů požadované pro správnou funkci těla. 10 Roztoky elektrolytů můžeme rozdělit na izoiontové, hyperiontové a koncentráty na injekce nebo intravenózní infuze. 8 Izoiontové roztoky (plné elektrolytové roztoky, roztoky bez volné vody) Tyto roztoky mají obsah iontů podobný obsahu iontů v ECT. Obsahují chlorid sodný, chlorid draselný, chlorid vápenatý, chlorid hořečnatý, popř. mléčnan, octan nebo jablečnan sodný. Měly by obsahovat i další anionty (fosforečnan a hydrogenuhličitan), které však s vápenatými a hořečnatými kationty tvoří zákal a sraženiny, proto jejich přítomnost v izoiontových roztocích není možná. 8 Příklady těchto infuzí jsou roztoky Ringerův, Hartmannův, Foxův. Ringerův roztok má okyselující účinek na organismus, který lze zmírnit přídavkem mléčnanu sodného (Ringerův roztok s mléčnanem sodným.). 8 v játrech metabolizuje na bikarbonát. Hlavní indikační oblastí je izotonická dehydratace. 8 Mléčnan sodný se Terapeutické indikace těchto roztoků jsou izotonická a hypotonická dehydratace, obnova mimobuněčné tekutiny a rovnováhy elektrolytů, krátkodobé doplnění 9, 11, 12 intravaskulárního objemu. 19

Hypoiontové roztoky (zavodňovací, ledvinové startéry) Hypoiontové roztoky obsahují 1/2 až 1/6 iontů roztoků izoiontových. Na izotonickou koncentraci jsou upravené glukosou, fruktosou nebo sorbitolem. Používají se při hypertonické dehydrataci. 8 Hyperiontové roztoky Jsou to roztoky obsahující soli (ionty) ve vyšší koncentraci, než jaká odpovídá extracelulární tekutině. Příkladem je infúzní roztok chloridu sodného (nazývaný fyziologickým roztokem), Darrowův a Cookův roztok. 8 Hyperiontové jsou i koncentráty na injekce a intravenózní infuse. Slouží k přípravě infundibilií v čas potřeby a podle požadavků konkrétního pacienta. 8 6.3.2 Roztoky sacharidů Používají se izotonické a hypertonické roztoky glukosy a fruktosy, sorbitolu a xylitolu. 8 Glukosa je základním substrátem buněčného energetického metabolismu. V organismu se distribuuje rovnoměrně a vstup do buněk je závislý na působení inzulinu. V ledvinách glukosa volně prochází glomerulární membránou a v tubulech je kompletně reabsorbována. Při překročení ledvinového prahu dochází k glykosurii. V tomto případě glukosa působí jako osmotické diuretikum. 13 Roztoky sacharidů se používají při parenterální výživě jako zdroj sacharidů. 8 20

ROZTOKY ARDEAPHARMA a.s. Tab.2: Terapie izotonické dehydratace Ardeaelytosol F 1/1 Ardeaelytosol R 1/1 Ardeaelytosol EL 1/1 Ardeaelytosol EA 1/1 Ardeaelytosol H 1/1 Ardeaelytosol RL 1/1 Ardeaelytosol ELG 5 Natrii chloridum, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii acetas, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Glucosum, Acidum citricum monohydricum, Natrii pyrosulfis, Aq. p. inj. Tab.3: Terapie hypertonické dehydratace Ardeaelytosol F 2/3 ( 1/2, 1/3, 1/5) Ardeaelytosol R 1/2 (1/3) Ardeanutrisol G 5 (10, 20, 40) Natrii chloridum, Glucosum, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Glucosum, Aq. p. inj. Glucosum, Acidum citricum monohydricum, Natrii pyrosulfis, Aq. p. inj. Tab.4: Ztráty potem, dýcháním, při horečce, iniciální rehyratace po operacích, dehydratace malých dětí, novorozenců a kojenců Ardeaelytosol EL 2/3 (1/2, 1/3, 1/5) Ardeaelytosol H 2/3 ( 1/2, 1/3, 1/5) Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Glucosum, Acidum citricum monohydricum, Natrii pyrosulfis, Aq. p. inj. Natrii chloridum, Kalii chloridum, Calcii chloridum hexahydricum, Magnesii chloridum hexahydricum, Natrii lactas, Glucosum, Acidum citricum monohydricum, Natrii pyrosulfis, Aq. p. inj. 21

Tab.5: Ztráty iniciálních sekretů (hlavně průjmy) Ardeaelytosol D 2/3 ( 1/2, 1/3, 1/5) Natrii chloridum, Kalii chloridum, Natrii lactas, Glucosum, Acidum citricum monohydricum, Natrii pyrosulfis, Aq. p. inj. Plně disociované ionty se v organismu distribuují dle koncentračních gradientů v extracelulární tekutině. Volná voda se distribuuje dle koncentračního spádu ve všech kompartmentech. Iontová rovnováha závisí na vylučování iontů ledvinami a podléhá zejména mineralokortikoidní regulaci. Vodní homeostáza je řízena v první řadě antidiuretickým hormonem. 13 6.4 Osmotické vlastnosti Částice rozpuštěné látky v roztoku působí osmotickým tlakem na polopropustné membrány v organismu, které tvoří stěny buněk a kapilár. Pokud je na jednotlivých stranách této polopropustné membrány rozdílná koncentrace látek, dochází k samovolnému přestupu vody s cílem vyrovnat tyto koncentrace. Jedná se o typ difuze nazývaný osmóza. 8 Pro parenterální aplikaci velkoobjemových infuzí je důležité, aby osmotické vlastnosti této infuze byly srovnatelné s osmotickými vlastnostmi tělních tekutin a nevyvolávaly nadměrný přestup vody z důvodů velkých rozdílů koncentrace. Bližší popis osmotických vlastností roztoků a měření osmotického tlaku a osmolality je uveden v mé diplomové práci. 14 Koncentrace osmoticky aktivních látek se popisuje pomocí osmolality m os (mosmol/kg) a osmolarity c os (mosmol/l). 15 Osmolalita tělních tekutin se pohybuje v úzkém rozmezí 275-295 mosmol/kg. 16 Hodnota osmolality se může lišit v závislosti na zdroji, uváděny jsou např. hodnoty 285 mosmol/kg 16, 290±5 mosmol/kg 2. Odchylky v osmolalitě ECT a ICT jsou přestupem vody rychle vyrovnány. Rychlý přestup vody je však pro některé buňky z metabolického hlediska nevhodný 22

(např. buňky centrálního nervového systému a buňky jaterní). V těchto případech existují mechanismy, které zabraňují nežádoucím změnám objemu buněk a vzniklé změny osmolality regulují změnou transportu elektrolytů buněčnými membránami. 2 Hodnota osmolality je regulována osmoregulačním systémem v hypotalamu. Osmoreceptory reagují již na změnu 2%, to znamená na pokles či vzestup v hodnotě osmolality okolo 6 mosmol/kg. 2 23

7 Experimentální část 7.1 Použité suroviny Natrii lactatis solutio (Purac Biochem), atest Ardepharma a.s., Ševětín, obs. 60,61% natrii lactatis Glucosum anhydricum, Ph.Eur.7.0, Dr.Kulich Pharma, s.r.o., HK Ultračistá voda, Faf UK, HK 7.2 Použité přístroje Automatický hustoměr DMA 4100 M, Anton Paar GmbH, Rakousko Automatický semi-mikroosmometr DL, Knauer, Německo Analyzátor vlhkosti Kern MLB 50-3, Kern & Sohn Gmbh, Německo Elektronické váhy Kern ABS/ABJ, 120-4M, d=0,1mg, Kern & Sohn Gmbh, Německo Elektronické váhy Acculab Atilon ATL-4202-V, d=0,01g, Sartorius Group, Německo Mikropipeta Eppendorf Research 20-200µl Ultrazvuková lázeň RK 106 Bandelin Sonorex, Německo 7.3 Použité metody 7.3.1 Příprava roztoků K měření jsem použila směsi izotonického roztoku glukosy a izotonického roztoku mléčnanu sodného a dílčí roztoky glukosy a mléčnanu sodného o stejné koncentraci jako ve směsích. Roztoky směsi jsem si rozdělila na pět, tři a dva díly a měnila poměr dílů izotonického roztoku mléčnanu sodného a izotonického roztoku glukosy. V tab.6 jsou vysvětleny poměry izotonických roztoků jednotlivých látek ve směsi roztoků. 24

Nejprve jsem si z hodnoty hmotnostního procenta pro izotonický roztok jednotlivých látek (mléčnan sodný 1,72%, glukosa 50,5%) 15 spočítala navážku pro izotonický roztok. Z této navážky jsem přepočítala navážky pro dílčí roztoky tak, aby odpovídaly žádanému počtu dílů roztoku. Pro přípravu roztoků jsem používala bezvodou glukosu. Každou navážku jsem před přípravou roztoku vysušila na analyzátoru vlhkosti a ověřila tak obsah vlhkosti (všechny navážky obsahovaly max 0,105% vlhkosti). Navážky mléčnanu sodného jsem přepočítala na roztok mléčnanu sodného o obsahu 60,61% mléčnanu sodného, který jsem měla k dispozici. Navážku pro dílčí roztok látky jsem kvantitativně převedla do odměrné baňky za použití 1000,0 g ultračisté vody. Pro směs izotonických roztoků jsem si navážila potřebné množství glukosy a mléčnanu sodného a jednotlivé navážky kvantitativně převedla do odměrné baňky za použití 1000,0 g ultračisté vody. Připravovala jsem roztoky v molální koncentraci, použila jsem tedy vždy stejnou hmotnost rozpouštědla. V tab.7 jsou zapsány navážky pro jednotlivé roztoky, přepočítaná látková koncentrace jednotlivých složek v roztoku a procentuální zastoupení jednotlivých látek ve směsi. 25

Tab.6: Vysvětlení kódů roztoků a uvedení počtu dílů roztoku jednotlivých látek v roztocích směsi Kód roztoku počet dílů v roztoku počet dílů izotonického roztoku glukosy ve směsi počet dílů izotonického roztoku mléčnanu sodného ve směsi 1/5 5 1 4 2/5 5 2 3 3/5 5 3 2 4/5 5 4 1 1/3 3 1 2 2/3 3 2 1 1/2 2 1 1 L 1-1 G 1 1 - Tab.7: Navážka a molalita dílčích roztoků a % obsah jednotlivých látek ve směsi Kód roztoku M 0 (g/kg) molalita (mmol/kg) obsah (%) G L G L G L L - 28,3782-154 - 100 1/5 10,1000 22,7025 56 123 42 58 1/3 16,8333 18,9188 93 102 59 41 2/5 20,2000 17,0269 112 92 66 34 ½ 25,2500 14,1891 140 77 75 25 3/5 30,3000 11,3513 168 61 81 19 2/3 33,6667 9,4594 187 51 85 15 4/5 40,4000 5,6756 224 31 92 8 G 50,5000-280 - 100 - Pozn.: roztoky značené kódem a písmenem L popř. G (x/y-l popř. x/y-g) značí dílčí roztok dané látky s navážkou příslušnou kódu směsi 26

7.3.2 Měření hustoty Hustotu h (g/cm 3 ) jsem měřila na automatickém hustoměru, u každého roztoku při teplotě 20 a 25 C. Pomocí injekční stříkačky jsem vzorek naplnila do měřící trubice přístroje. Nejprve jsem provedla kontrolní měření s odpěněnou ultračistou vodou. Každý vzorek roztoku jsem měřila pětkrát a vypočítala průměrnou hodnotu a odchylku. Na konci měření jsem přístroj propláchla vodou, měřící trubici jsem profoukla vzduchem nataženým do injekční stříkačky a důkladně vysušila pomocí ventilátoru přístroje. Hodnoty hustoty roztoků jsou uvedeny v tab.8. 7.3.3 Měření osmolality Osmolalitu m os (mosmol/kg) jsem měřila na osmometru. Přesný objem roztoku (150 µl) jsem pomocí mikropipety naplnila do měřící zkumavky, kterou jsem nasadila na měřící hlavu a umístila do měřící komory. Během měření došlo ke zmrznutí vzorku. Před dalším měřením bylo nutné nechat vzorek rozmrznout, pomocí vibrátoru promíchat a měření opakovat. Před vlastním měřením roztoků je nutné provést kalibraci přístroje. Nejprve jsem pomocí destilované vody nastavila hodnotu 0 mosmol/kg a pomocí standardu (roztok chloridu sodného; 12,6840 g v 1 kg vody) 17 hodnotu 400 mosmol/kg. Podle lékopisu jsem připravila kalibrační roztoky chloridu sodného v rozmezí osmolality 100-700 mosmol/kg. 17 Výslednou průměrnou osmolalitu kalibračních roztoků jsem využila pro výpočet kalibrační rovnice: y 0,9908 x 0,3333 (1) y = naměřená hodnota osmolality x = skutečná hodnota osmolality Pro výpočet osmolality měřených roztoků jsem využila rovnici ve tvaru: x y 0,3333 (2) 0,9908 27

Každý vzorek jsem měřila nejméně pětkrát a z průměrné hodnoty naměřené osmolality pomocí kalibrační rovnice přepočítala skutečnou osmolalitu. Hodnoty osmolality roztoků jsou uvedeny v tab.12 a 13. 7.4 Zpracování výsledků 7.4.1 Převod molality na molaritu Při převodu molality m (mmol/kg) na molaritu c (mmol/l) jsem využila průměrné hodnoty změřené hustoty h (g/cm 3 ) roztoků při teplotě 20 C. Hmotnost roztoku M r (g), který jsem získala sečtením navážek jednotlivých látek a hmotnosti přidané vody (M v = 1000,0 g), jsem vydělila změřenou hustotou a získala jsem hodnotu objemu roztoku V r (ml). Molarita c se získá z podílu molality m roztoku a objemu V r roztoku. 18 m c (3) Vr Data potřebná k převodu a hodnoty molarity jsou uvedeny v tab.9. 7.4.2 Odhad molálního objemu látky Molální objem látky V mol (ml/mol) vyjadřuje změnu objemu roztoku po přidání jednoho molu látky k roztoku. Lze popsat také jako objem jednoho molu roztoku. Molální objem látky lze vypočítat pomocí hodnoty objemu roztoku V r (ml), objemu vody V v (ml) a molality roztoku m (mmol/kg). Objem vody získáme z podílu hmotnosti vody, který byl vždy 1000,0 g, a hustoty vody při 20 C 19 (0,9982 g/cm 3 ). Pro výpočet molálního objemu látky platí vztah: V mol Vr Vv (4) m Vypočítané hodnoty V mol látek v dílčích roztocích a směsný V mol jsou uvedeny v tab.10 a 12. Závislost V mol na složení roztoků je prezentována na obr.2. 28

7.4.3 Odhad měrného specifického objemu látky Měrný specifický objem látky V g (ml/g) vyjadřuje změnu objemu roztoku po přidání jednoho gramu látky k roztoku. Výpočet V g je obdobný jako výpočet molálního objemu látky V mol, pouze místo molalitou vydělíme rozdíl objemů roztoku V r (ml) a vody V v (ml) navážkou látky M 0 (g). V g Vr Vv (5) M 0 Vypočítané hodnoty V g látek v dílčích roztocích a směsný V g jsou uvedeny v tab.11 a 12. Závislost V g na složení roztoků je zobrazena na obr.3. 7.4.4 Odhad molálního osmotického koeficientu Molální osmotický koeficient Φ (bezrozměrný) značí odchylku od chování ideálního roztoku. Vyjadřuje míru interakcí mezi částicemi rozpuštěných látek. Jeho hodnota závisí na koncentraci roztoku. Vypočítat lze z hodnoty změřené osmolality m os (mosmol/kg), která se vydělí součinem molality m (mmol/kg) a počtu částic látky n, které vznikají při rozpouštění roztoku. mos (6) m n Hodnoty Φ jsou zapsány v tab.13. Závislost Φ na složení roztoků je zobrazena na obr.5. 7.4.5 Převod osmolality na osmolaritu Osmolarita c os (mosmol/l) je veličina vyjadřující osmotickou koncentraci vztaženou na objem roztoku. Je to ovšem teoretická veličina, která nelze změřit, ale pouze vypočítat pomocí změřené osmolality m os (mosmol/kg). Metody odhadu osmolarity c os jsou navrženy v americkém lékopise USP. 20 29

Prvním způsobem je výpočet tzv. teoretické osmolarity. Vypočítá se součinem molarity c (mmol/l) a počtu částic v roztoku n. cos c1 n1 (7) Jiný způsob je pomocí vypočítaného měrného specifického objemu V g (ml/g), hustoty roztoku h (g/cm 3 ), navážky látky M 0 (g) a změřené osmolality m os (mosmol/kg). 1000 mos c os (8) 1000 M 0 Vg h Další metoda využívá koncentraci rozpuštěné látky. Ta se získá odečtením navážky látky M 0 (g) od změřené hustoty roztoku h (g/cm 3 ). Pro získání osmolarity c os se koncentrace rozpuštěné látky vynásobí změřenou osmolalitou m os (mosmol/kg). c os mos h C (9) Hodnoty osmolarity vypočítané jednotlivými metodami jsou zapsány v tab.13. 30

8 Výsledky Tab.8: Hustota roztoků při teplotě 20 a 25 C Kód roztoku L 1/5 teplota 1 2 3 4 5 průměr SD 10-5 20 C 1,0064 1,0064 1,0064 1,0064 1,0064 1,0064 0,0 25 C 1,0052 1,0052 1,0052 1,0052 1,0052 1,0052 0,0 1,0085 1,0085 1,0085 1,0085 1,0085 1,0085 0,0 1/5-G 20 C 1,0019 1,0019 1,0019 1,0019 1,0019 1,0019 0,0 1/5-L 1,0048 1,0048 1,0048 1,0048 1,0048 1,0048 0,0 1/5 1,0073 1,0073 1,0073 1,0073 1,0073 1,0073 0,0 1/5-G 25 C 1,0008 1,0007 1,0007 1,0007 1,0007 1,0007 4,5 1/5-L 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 1,0036 0,0 1/3 1,0099 1,0099 1,0099 1,0099 1,0099 1,0099 0,0 1/3-G 20 C 1,0044 1,0044 1,0044 1,0044 1,0044 1,0044 0,0 1/3-L 1,0037 1,0037 1,0037 1,0037 1,0037 1,0037 0,0 1/3 1,0086 1,0087 1,0087 1,0087 1,0087 1,0087 4,5 1/3-G 25 C 1,0033 1,0033 1,0033 1,0033 1,0033 1,0033 0,0 1/3-L 1,0025 1,0025 1,0025 1,0025 1,0025 1,0025 0,0 2/5 1,0106 1,0106 1,0106 1,0106 1,0106 1,0106 0,0 2/5-G 20 C 1,0057 1,0057 1,0057 1,0057 1,0057 1,0057 0,0 2/5-L 1,0031 1,0032 1,0032 1,0032 1,0032 1,0032 4,5 2/5 1,0093 1,0093 1,0093 1,0093 1,0093 1,0093 0,0 2/5-G 25 C 1,0045 1,0045 1,0045 1,0045 1,0045 1,0045 0,0 2/5-L 1,0019 1,0019 1,0019 1,0019 1,0017 1,0019 8,9 31

Tab.8 pokračování: Hustota roztoků při teplotě 20 a 25 C Kód roztoku 1/2 teplota 1 2 3 4 5 průměr SD 10-5 1,0116 1,0116 1,0116 1,0116 1,0116 1,0116 0,0 1/2-G 20 C 1,0076 1,0076 1,0076 1,0076 1,0076 1,0076 0,0 1/2-L 1,0023 1,0023 1,0023 1,0023 1,0023 1,0023 0,0 1/2 1,0104 1,0104 1,0103 1,0103 1,0103 1,0103 4,5 1/2-G 25 C 1,0064 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 1,0063 4,5 1/2-L 1,0011 1,0011 1,0011 1,0011 1,0011 1,0011 0,0 3/5 1,0126 1,0127 1,0127 1,0127 1,0127 1,0127 4,5 3/5-G 20 C 1,0094 1,0094 1,0094 1,0094 1,0094 1,0094 0,0 3/5-L 1,0015 1,0015 1,0015 1,0015 1,0015 1,0015 0,0 3/5 1,0114 1,0114 1,0114 1,0114 1,0114 1,0114 0,0 3/5-G 25 C 1,0082 1,0082 1,0082 1,0082 1,0082 1,0082 0,0 3/5-L 1,0003 1,0003 1,0003 1,0003 1,0003 1,0003 0,0 2/3 1,0133 1,0133 1,0133 1,0133 1,0133 1,0133 0,0 2/3-G 20 C 1,0105 1,0107 1,0107 1,0107 1,0107 1,0107 8,9 2/3-L 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 1,0009 0,0 2/3 1,0121 1,0121 1,0121 1,0121 1,0121 1,0121 0,0 2/3-G 25 C 1,0093 1,0094 1,0094 1,0094 1,0094 1,0094 4,5 2/3-L 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,9997 0,0 4/5 1,0147 1,0147 1,0147 1,0147 1,0146 1,0147 4,5 4/5-G 20 C 1,0131 1,0131 1,0131 1,0131 1,0131 1,0131 0,0 4/5-L 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,9998 0,0 4/5 1,0135 1,0134 1,0133 1,0134 1,0134 1,0134 7,1 4/5-G 25 C 1,0118 1,0118 1,0118 1,0118 1,0118 1,0118 0,0 4/5-L 0,9984 0,9984 0,9986 0,9986 0,9986 0,9985 11,0 G 20 C 1,0167 1,0167 1,0167 1,0168 1,0168 1,0167 5,5 25 C 1,0155 1,0155 1,0155 1,0155 1,0155 1,0155 0,0 32

Obr.1 Závislost hustoty roztoku na složení roztoku 33

Tab.9 Vlastnosti roztoků a data potřebná pro převod molality na molaritu Kód m M G M L M r h rh V r c roztoku (mmol/kg) (g) (g) (g) (g/ml) (g/ml) (ml) (mmol/l) L 153 28,3782-1028,3782 1,0064 1,0082 1021,8 150 1/5 179 10,1000 22,7026 1032,8026 1,0085 1,0103 1024,1 175 1/5-G 56 10,1000-1010,1000 1,0019 1,0037 1008,2 56 1/5-L 123-22,7026 1022,7026 1,0048 1,0066 1017,8 121 1/3 196 16,8333 18,9188 1035,7521 1,0099 1,0117 1025,6 191 1/3-G 93 16,8333-1016,8333 1,0044 1,0063 1012,4 92 1/3-L 102-18,9188 1018,9188 1,0037 1,0055 1015,2 101 2/5 204 20,2000 17,0269 1037,2269 1,0106 1,0124 1026,3 199 2/5-G 112 20,2000-1020,2000 1,0057 1,0076 1014,4 111 2/5-L 92-17,0269 1017,0269 1,0032 1,0050 1013,8 91 1/2 217 25,2500 14,1891 1039,4391 1,0116 1,0134 1027,5 211 1/2-G 140 25,2500-1025,2500 1,0076 1,0094 1017,5 138 1/2-L 77-14,1891 1014,1891 1,0023 1,0041 1011,9 76 34

Tab.9 pokračování: Vlastnosti roztoků a data potřebná pro převod molality na molaritu Kód roztoku m (mmol/kg) M G (g) M L (g) M r (g) h (g/ml) rh (g/ml) V r (ml) c (mmol/l) 3/5 230 30,3000 11,3513 1041,6513 1,0127 1,0145 1028,6 223 3/5-G 168 30,3000-1030,3000 1,0094 1,0113 1020,7 165 3/5-L 61-11,3513 1011,3513 1,0015 1,0033 1009,8 61 2/3 238 33,6667 9,4594 1043,1261 1,0133 1,0152 1029,4 231 2/3-G 187 33,6667-1033,6667 1,0107 1,0125 1022,8 183 2/3-L 51-9,4594 1009,4594 1,0009 1,0027 1008,6 51 4/5 255 40,4000 5,6756 1046,0756 1,0147 1,0165 1030,9 247 4/5-G 224 40,4000-1040,4000 1,0131 1,0149 1026,9 218 4/5-L 31-5,6756 1005,6756 0,9998 1,0016 1005,9 31 G 280-50,5000 1050,5000 1,0167 1,0186 1033,2 271 35

Tab.10: Hodnoty molálního objemu látky Kód roztoku směs glukosy a mléčnanu sodného V mol (ml/mol) dílčí roztoky glukosy dílčí roztoky mléčnanu sodného L - - 131 1/5 125 114 130 1/3 122 113 131 2/5 120 113 130 1/2 119 112 131 3/5 117 112 131 2/3 116 112 132 4/5 114 112 133 G - 112 - průměr - 113 131 Obr.2 Závislost molálního objemu na složení roztoku 36

Tab.11: Hodnoty měrného specifického objemu látky Kód roztoku směs glukosy a mléčnanu V g (ml/g) dílčí roztoky glukosy dílčí roztoky mléčnanu sodného L - - 0,71 1/5 0,68 0,63 0,71 1/3 0,67 0,63 0,71 2/5 0,66 0,62 0,70 1/2 0,65 0,62 0,71 3/5 0,64 0,62 0,71 2/3 0,64 0,62 0,71 4/5 0,63 0,62 0,72 G - 0,62 - průměr - 0,62 0,71 Obr.3 Závislost měrného specifického objemu na složení roztoku 37

Tab.12: Hodnoty m os, V mol a V g směsi v porovnání se součty těchto veličin dílčích roztoků m os (mosmol/kg) V mol (ml/mol) V g (ml/g) L 282-131 - 0,71-1/5 281 125 1/5-G 57-3 114-119 0,63 =284 =244 1/5-L 227 130 0,71 1/3 284 122 1/3-G 95-1 113-122 0,63 =285 =244 1/3-L 190 131 0,71 2/5 282 120 2/5-G 112 0 113-123 0,62 =282 =243 2/5-L 170 130 0,70 1/2 285 119 1/2-G 141 0 112-124 0,62 =285 =243 1/2-L 144 131 0,71 3/5 281 117 3/5-G 170-2 112-126 0,62 =283 =243 3/5-L 113 131 0,71 2/3 283 116-128 2/3-G 188 +1 112 0,62 =282 =244 2/3-L 94 132 0,71 4/5 286 114 4/5-G 228-1 112-131 0,62 =287 =245 4/5-L 59 133 0,72 0,68 =1,34 0,67 =1,34 0,66 =1,33 0,65 =1,33 0,64 =1,33 0,64 =1,33 0,63 =1,34-0,66-0,67-0,67-0,68-0,69-0,69-0,71 G 285-112 - 0,62-38

Obr.4: Závislost osmolality na složení roztoku 39

Tab.13: Hodnoty molálního osmotického koeficientu Ф a osmolarity c os roztoků označení m os (mosmol/kg) Φ c os (mosmol/l) rovnice(t) rovnice(v g ) rovnice(f) L 282 0,9195 300 278 276 1/5 281 0,5244 297 278 275 1/5-G 57 1,0093 51 56 56 1/5-L 227 0,9240 241 224 223 1/3 284 0,4828 294 280 276 1/3-G 95 1,0171 84 94 94 1/3-L 190 0,9288 202 188 187 2/5 282 0,4602 292 278 274 2/5-G 112 1,0000 100 111 110 2/5-L 170 0,9251 182 169 168 1/2 285 0,4382 289 281 277 1/2-G 141 1,0068 125 140 139 1/2-L 144 0,9370 152 143 142 3/5 281 0,4081 286 277 273 3/5-G 170 1,0131 150 169 167 3/5-L 113 0,9192 122 112 112 2/3 283 0,3957 284 279 274 2/3-G 188 1,0081 166 186 184 2/3-L 94 0,9206 101 94 93 4/5 286 0,3734 279 281 277 4/5-G 228 1,0156 199 225 222 4/5-L 59 0,9534 61 58 58 G 285 1,0185 271 281 276 40

Obr.5 Závislost molálního osmotického koeficientu na složení roztoku 41

9 Diskuse Hlavním cílem této práce bylo zjistit vliv mísení dvou látek na vlastnosti roztoku. Připravila jsem si dílčí roztoky glukosy a roztoky mléčnanu sodného ve stejných koncentracích, jako jsem použila pro přípravu směsi. Roztok směsi glukosy a mléčnanu sodného byl vždy připraven tak, aby se jednalo o izotonický roztok. Takto bylo možné porovnat parametry dílčích roztoků jednotlivých látek a roztoků vzniklých smísením obou látek. Základním krokem bylo zjištění molální koncentrace izotonického roztoku glukosy a izotonického roztoku mléčnanu sodného a vypočítání navážky jednotlivých látek pro přípravu těchto roztoků. Mléčnan sodný jsem používala ve formě roztoku o obsahu 60,61% mléčnanu sodného, proto bylo nutné jednotlivé navážky přepočítat s ohledem na tuto koncentraci. Glukosu pro přípravu roztoků jsem používala bezvodou. Obsah vlhkosti jsem ověřila na analyzátoru vlhkosti a tím také každou navážku glukosy před smísením s vodou vysušila. Podle lékopisu 2009 je povolený obsah vody v bezvodé glukose 1,0%. 17 Poměry izotonických roztoků jednotlivých látek pro přípravu směsi jsou uvedeny v tab.6. Kódy roztoků vyjadřují počet dílů glukosy ku celkovému počtu dílů roztoku. V tabulkách zachycujících výsledky měření a další vypočítané parametry jsou roztoky řazeny od izotonického roztoku mléčnanu sodného (L), dále podle vzrůstajícího obsahu glukosy ve směsi až k izotonickému roztoku glukosy (G). Na obrázcích značí izotonický roztok mléčnanu sodného hodnota 0 na ose x, izotonický roztok glukosy odpovídá hodnotě 1. Dílčí roztoky samostatných látek jsou připraveny ze stejných navážek jako pro směsi roztoků. Jsou označeny číselným kódem směsi roztoků podle odpovídající použité navážky a doplněny písmenem L značící dílčí roztoky samotného mléčnanu sodného a písmenem G pro dílčí roztoky samotné glukosy. Navážky pro roztoky jsou uvedeny v tab.7. Podle navážky je v této tabulce také uvedena přepočítaná hodnota látkové koncentrace jednotlivých látek. Procentuální obsah složky ve směsi je vypočítán 42

z hodnoty navážky jednotlivých látek (u mléčnanu sodného přepočítáno na čistou látku) k součtu navážky glukosy a mléčnanu sodného. 9.1 Hustota U připravených roztoků jsem měřila hustotu h (g/cm 3 ) při teplotě 20 C a 25 C. Výsledky měření pro směsi roztoků obou látek i pro jejich dílčí roztoky jsou uvedeny v tab.8. Hustota roztoku je přímo závislá na koncentraci. Při zvyšující se koncentraci dílčích roztoků jednotlivých látek hustota lineárně rostla. Výsledky hustoty měřené při 20 a 25 C naznačují, že s rostoucí teplotou hustota klesá. U směsi izotonických roztoků byla hustota přímo ovlivněna složením směsi. Hustota izotonického roztoku mléčnanu sodného je 1,0064 g/cm 3, glukosy 1,0167 g/cm 3. Proto platí, že u roztoků směsi se zvyšujícím se obsahem glukosy hustota roste. Rozhodně neplatí, že by hustota směsi roztoků byla součtem hustot dílčích roztoků. Závislost hustoty roztoků směsi na složení roztoku směsi je zachycena na obr.1. 9.2 Osmolalita Další veličina, kterou jsem u roztoků měřila, byla osmolalita m os (mosmol/kg). Osmolalitu jsem měřila na osmometru, kde jsem získala přímo její hodnotu. Z průměrné hodnoty naměřené osmolality jsem pomocí kalibrační rovnice (2) vypočítala skutečnou osmolalitu. Výsledné hodnoty osmolality jsou zaznamenány v tab.12 a tab.13. Osmolalita závisí na koncentraci roztoku. U dílčích roztoků individuálních látek se zvyšující se koncentrací osmolalita lineárně roste a naopak. Tato lineární závislost osmolality na koncentraci u dílčích roztoků je vidět na obr.4. Tab.12 zachycuje porovnání hodnot osmolality m os, molálního objemu látky V mol a měrného specifického objemu V g u směsi roztoků a jednotlivých dílčích roztoků. U osmolality dochází pouze k minimálnímu vzájemnému ovlivňování složek směsi. Výsledná osmolalita směsi roztoků odpovídá součtu osmolality dílčích roztoků látek. Celková osmolalita směsi je tedy jen velmi málo ovlivněna složením směsi. Rozmezí hodnot osmolality směsí roztoků je 282-287 mosmol/kg. V tab.12 jsou zachyceny hodnoty osmolality dílčích roztoků i roztoku směsi látek. Je zde také zachycen součet 43

osmolality dílčích roztoků a rozdíl mezi experimentálně změřenou osmolalitou směsi a součtem osmolalit dílčích roztoků. Na obr.4 jsou kromě hodnot osmolality dílčích směsí zobrazeny i hodnoty osmolality směsi roztoků. Je vidět, že její hodnota je přibližně stejná bez ohledu na zvyšující se obsah glukosy ve směsi. To je dáno také tím, že ani hodnoty osmolality izotonických roztoků samotných látek se příliš neliší, osmolalita izotonického roztoku mléčnanu sodného je 282 mosmol/kg, osmolalita izotonického roztoku glukosy je 285 mosmol/kg. 9.3 Převod molality na molaritu Pro převod molality m (mmol/kg) na molaritu c (mmol/l) je nutná znalost hustoty roztoku h (g/cm 3 ). Pomocí průměrné hustoty roztoku při 20 C jsem vypočítala z hmotnosti roztoku M r (g) jeho objem V r (ml). Molaritu jsem získala jako podíl molality a objemu roztoku (objemu jsem převedla na litry) podle rovnice (3). Hodnoty molarity a data potřebná k převodu jsou uvedena v tab.10. U nízkých koncentrací (do 100 mmol/kg) je hodnota molality a molarity shodná, u vyšších koncentrací je molarita nižší, ale vzhledem k jednotkám v mmol je tento rozdíl zanedbatelný. Pro převod molality na molaritu dílčích roztoků glukosy byla generována rovnice lineární regrese (10) s koeficientem determinace R 2 = 0,9999. c 0,946446 m 5,621227 (10) Pro převod molality na molaritu dílčích roztoků mléčnanu sodného je rovnice lineární regrese dána vztahem (11) s koeficientem determinace R 2 = 0,9999. c 0,96941 m 1,75957 (11) U roztoků směsí glukosy a mléčnanu sodného je rozdíl mezi molalitou a molaritou minimální. Převod molality na molaritu je dán rovnicí lineární regrese (12) s koeficientem determinace R 2 = 0,9999. c 0,946446 m 5,621227 (12) 44

9.4 Odhad molálního objemu látky Molální objem látky V mol (ml/mol) představuje objem roztoku, o který se zvětší po přidání jednoho molu látky. Je specifický pro každou látku. Molální objem dílčích roztoků byl jen velmi málo ovlivněn koncentrací. Byla určena průměrná hodnota molálního objemu dílčích roztoků. Pro glukosu je průměrná hodnota V mol = 113 ml/mol, pro mléčnan sodný V mol = 131 ml/mol. Tyto hodnoty jsou v souladu s vypočítanými hodnotami ve starších diplomových pracích (V mol glukosy 110 ml/mol v diplomové práci Bouallagui 21, V mol mléčnanu sodného 127 ml/mol v diplomové práci Šticové 14 ). Hodnoty V mol dílčích roztoků a směsného V mol jsou uvedeny v tab.10. Směsný molální objem s rostoucím obsahem glukosy ve směsi klesal, což souvisí také s průměrnými hodnotami jednotlivých látek (V mol glukosy je menší než V mol mléčnanu sodného). Směsný V mol byl přímo ovlivněn zastoupením jednotlivých složek ve směsi, nelze získat součtem hodnot V mol dílčích roztoků. Součty V mol dílčích roztoků a rozdíly oproti experimentálně změřeným směsným V mol jsou uvedeny tab.12. Závislost V mol na složení roztoku je zobrazena na obr.2. Podobná závislost molálního objemu látky na složení směsi byla pozorována i u směsí roztoku mléčnanu sodného a chloridu sodného, sledovaných v diplomové práci Šticové. 14 Směsný molální objem klesal s rostoucím obsahem chloridu sodného ve směsi (pro chorid sodný V mol = 15 ml/mol). 9.5 Odhad měrného specifického objemu látky Měrný specifický objem látky V g (ml/g) vyjadřuje změnu objemu roztoku po přidání jednoho gramu látky. Výpočet je analogický výpočtu V mol, pouze místo molalitou m (mmol/kg) se rozdíl objemů roztoku V r a vody V v vydělí navážkou M 0 (g). Hodnota V g se využívá k odhadu osmolarity c os (rovnice (8)). V experimentální části je uvedena rovnice (5) pro výpočet V g. Pro V g platí i podobné závislosti jako pro V mol. U dílčích roztoků je V g jen velmi málo ovlivněn koncentrací a lze využívat průměrnou hodnotu V g, pro glukosu V g = 0,62 ml/g, pro mléčnan sodný 45