CC BY
17
КЛИНИЧЕСКАЯ ГЕРОНТОЛОГИЯ, 9-10, 2017
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В СЛЕЗНОЙ ЖИДКОСТИ ПРОТИВОГЛАУКОМНОГО ПРЕПАРАТА БЕТОПТИК У ПОЖИЛЫХ БОЛЬНЫХ
И.И. Колесниченко1, Л.М. Балашова2,3,4, Е.П. Кантаржи2,4
1 ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва
2 ФГБОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава России 3 Морозовская детская городская клиническая больница, Москва 4 НП Международный научно-практический Центр пролиферации тканей
Определение изменения концентрации препаратов после инстилляции необходимо для назначения необходимой дозировки препарата у пожилых больных. Предлагаемый метод позволяет реализовать требования к поставленной задаче. В его основе заложен принцип распознавания многомерных образов, полученных на основе мультисенсорных электрохимических систем, которые дают возможность получения достоверной информации о тестируемых объектах (формат «Электронный язык»). Данный формат реализуется в процессе электрохимического исследования жидкой фазы. Оценивается близость полученного образа тестируемого объекта по базе данных известных образцов Разработана методика использования мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии для определения противоглаукомного препарата бетаксолол в слезной жидкости. Показано, что влияние слезной жидкости с бетаксололом на токи растворения металлов тест-системы через 12 часа не изменяются.
Ключевые слова: офтальмопатология, гомеостаз, электрохимия, мультисенсорная инверсионная вольтамперометрия, электронный язык, планарные электроды, слезная жидкость, бетаксолол, глаукома
USING THE METHOD OF MULTI-TOUCH STRIPPING VOLTAMMETRY FOR THE DETERMINATION IN THE TEAR FLUID PROTIVOGLAUCOMNY DRUGS IN ELDERLY PATIENTS
I.I. Kolesnichenko1, L.M. Balchova2, Ye.P. Kantarzhi2
1 A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry RAS (IPCE). Moscow, Russia 2 N.I. Pirogov Russian national research medical university, Ministry of healthcare of the Russian federation, Moscow, Russia
Determination of concentration changes of drugs after instillation it is necessary to assign appropriate dosage. The proposed method allows to implement the requirements of the task. It is based on the principle of recognition of multidimensional images derived from multi-sensor electrochemical systems which give the possibility of obtaining reliable information about the tested objects (the format of an «Electronic tongue»). This format is implemented in the process of electrochemical investigations of the liquid phase. Evaluates the proximity of the obtained image of the test object on the database of known samples the Developed method of using multi-touch Stripping voltammetry for determination of anti-glaucoma drug betoptic in the lacrimal fluid. It is shown that the influence of tear fluid with betoptic for currents of dissolution of metals test system after 12 hours do not change.
Key words: ophthalmopathology, homeostasis, electrochemistry, multi-sensor voltammetry, electronic tongue, planar electrodes, lacrimal fluid, betaxolol, glaucoma
Глаукома - одна из наиболее тяжелых форм офтальмопатологии, занимающая лидирующее место после катаракты среди причин слепоты и слабовидения населения Земли. Минимум 7 млн. пациентов с глаукомой страдают слепотой обоих глаз, и это число неуклонно увеличивается. Количество пациентов, больных глаукомой, особенно в продвинутых стадиях, увеличивается с возрастом [1]. Только половина больных знает о диагнозе глаукома, и еще меньший процент больных получают адекватное лечение. Все изложенное указывает на объективные трудности, связанные как с диагностикой, так и с лечением этого заболевания. В Российской Федерации в нозологической структуре слепоты и слабовидения доля глаукомы составляет 29%. Распространенность глаукомы среди населения России за последние годы выросла в 2,8 раза [1]. Основное действие большинства противоглаукомных препаратов связано со снижением внутреглазного давления. Одним из широко применяемых для снижения внутриглазного давления в качестве монотерапии или в сочетании с другими препаратами является бетаксолол. Химическое название: (2К8)-3-(2-прополиамино)-1-[4-[2-(цикпопропилметокси)этил]фенокси]-пропан-2-ола гидрохлорид. Фармакотервпевтическая группа: противоглаукомное средство, селективный бета 1-адреноблокатор. Фармакологическое действие: бетаксолол-селективный бета 1-адреноблокатор без внутренней симпатомиметрической активности, не обладает мембра-ностабилизирующим (местноанестезирующим) действием. При местном применении бетаксолол снижает как повышенное, так и нормальное внутриглазное давление, вследствие уменьшения продукции внутриглазной жидкости. Наступление гипотензивного эффекта наблюдается через 30 минут после закапывания, а максимальное снижение офтальмотонуса наступает примерно через 2 часа. После однократной инстилляции влияние на офтальмотонус сохраняется в течение 12 часов. Бетаксолол, по сравнению с другими бета-адре-ноблокаторами, не вызывает снижения кровотока в зрительном нерве. Максимальная концентрация в передней камере определяется через 20 мин. после инстилляции.
Материал и методы: в данной работе исследована принципиальная возможность применения формата «Электронный язык» в целях определения изменения концентрации бетаксолола, в слезной жидкости во времени. В Институте физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской академии наук разработан метод мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии, позволяющий в формате «Электронный язык» определять суммарные изменения концентраций органических веществ [2-8]. Способ заключается в формировании раствора тест-системы, выполняющей роль электрохимического мультисенсора. В раствор 0,05 М KCl вносятся не менее четырех азотнокислых солей металлов, выбранных из ряда Sn, Co, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, Ag, Ga, Tl, Hg в концентрации 5 • 10-5 М. В этом растворе снимается фоновая инверсионная вольтамперограмма в отсутствии пробы. При контакте с раствором тест-системы пробы ее органические вещества взаимодействуют с металлами, влияя на их электрохимическую активность. Эти изменения фиксируются инверсионной вольтамперограммой, что позволяет оценить концентрацию препарата в слезной жидкости [2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.
Влияние слезной жидкости здоровых людей на тест-систему.
На планарные электроды наносили 50 мкл тест-системы, затем снимали инверсионную вольтамперограмму при потенциале катодного осаждения металлов минус 1,55 В относительно хлорсеребряного электрода с последующей разверткой потенциала до 0,3 В. Полученная вольтамперограмма являлась фоновой. Фильтровальной бумагой с поверхности электрода удаляли тест-систему. В конъюк-тивальный мешок глаза помещали диск (Д = 8 мм) из предварительно обработанного пористого материала (фильтровальная бумага). Затем на электрод вновь наносили 50 мкл тест-системы и помещали бумажный диск, извлеченный из конъюктивального мешка. Снималась инверсионная вольтамперограмма при тех же условиях что и фоновая для слезной жидкости здоровых людей. Была исследована слезная жидкость 10 здоровых людей. Разброс-ошибка для слезной жидкости составляет 12%.
XXII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
Влияние концентрации бетоптика на тест-систему.
На электроды наносили 50 мкл тест-системы и снимали инверсионную вольтамперограмму при потенциале катодного осаждения металлов минус 1,55 В относительно хлорсеребряного электрода с последующей разверткой потенциала до 0,3 В, фильтровальной бумагой с поверхности электрода удаляли тест-систему. Затем на электрод помещали 50 мкл тест-системы и диск пористого материала с нанесенным на него препаратом бетаксолол различной концентрации. С увеличением концентрации препарата уменьшаются токи металлов: свинца - от 19 мкА до 12 мкА (ф = -0,53 В), кадмия - от 20 мкА до 11 мкА (ф = -0,75 В). Токи металлов: цинка, кобальта и ртути практически не изменяются. Таким образом было показано, что изменение концентрации препарата влияет на инверсионную вольтамперограмму. При увеличении концентрации препарата в слезной жидкости со временем пики токов металлов уменьшаются. Влияние времени на концентрацию бетоптика в слезной жидкости после инстилляции.
Бетаксолол по 1 капле вносили в конъюктивальный мешок глаза и туда же помещали диск (Д = 8 мм) из предварительно обработанного пористого материала (фильтровальная бумага). Через определенное время бумажный диск извлекали из конъюктивального мешка и помещали на электрод с нанесенной на него тест-системой (50 мкл). Измерения проводили через 30 мин., 1 час, и далее через каждый час в течение 12 часов после инстилляции препарата. Влияние слезной жидкости после различного времени после инстилляции препарата бетаксолол на тест-систему не изменялось в течение времени измерения. При воздействии бетаксолола от 30 мин до 12 час токи растворения металлов не изменяются. Из приведенных измерений следует, что концентрация бетоптика в слезной жидкости в течение 12 часов не меняется. Следовательно после однократной инстилляции влияние на слезную жидкость сохраняется в течение 12 часов. ВЫВОДЫ:
1. Показано, что по сравнению с вольтамперограммой слезной жидкости здоровых людей влияние препарата бетаксолол наблюдается в основном на токи таких металлов как ртуть и кобальт; токи этих металлов уменьшаются: кобальта от 12 до 6 мкм, ртути от 10 до 5 мкм. Что позволяет сделать вывод о том, что препарат достаточно устойчив во времени и через 12 часов после инстилляции продолжает оказывать действие на слезную жидкость у пожилых больных.
2. Метод мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии, позволяет анализировать в формате «Электронный язык» влияние различных офтальмологических препаратов на слезную жидкость во времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нестеров А.П. Глаукома. М. Медицинское информационное агенство, 2014. 900 с.
2. Андреев В.Н., Ганшин В.М., Доронин А.Н., Луковцев В.П. Способ электрохимического мультисенсорного обнаружения и идентификации алкалоидов. Патент РФ № 2375705. Опубл. 10.12.2009.
3. Колесниченко И.И., Ганшин В.М. и др. Определение антиоксидантов методом мультисенсорной вольтамперометрии. Сборник научных трудов международной научной конференции «Измерительные и информационные технологии в охране здоровья» СПб., 2011. С. 164-173.
4. Колесниченко И.И., Ганшин В.М. и др. Исследование возможности метода инверсионной вольтамперометрии для анализа летучих компонентов сыворотки крови в целях медицинской диагностики. Научные труды четвертой международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире - 2013». СПб., ФГБОУ ВПО СПб ГПУ, 2013, С. 189-198.
5. Колесниченко И.И., Клюев А.Л. и др. Экспресс-скрининг биологических объектов с использованием мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии с распознавания образов. Методы исследования физико-химических систем по защите металлов и физической химии поверхностей. 2014; 50 (4): 543-547.
6. Колесниченко И.И., Доронин А.А. и др. Экспресс-скрининг состояния биологических объектов в зависимости от времени их хранения. Сборник научных трудов 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Измерения в современном мире-2015». СПб., ФГБОУ ВПО СПб ГПУ, 2015. С. 141-146.
7. Колесниченко И.И., Кантаржи Е.П., Балашова Л.М. Многомерная статистика в оценке состояния биологических объектов методом мультисен-сорной инверсионной вольтамперометрии. Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем. Выпуск 17, 2016. С. 103-114.
8. Колесниченко И.И., Балашова Л.М., Кантаржи Е.П. Экспресс-скрининг биологических объектов с использованием мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии с распознаванием образов. Американский журнал аналитической химии. 2016; 7: 588-596.
REFERENCES
1. Nesterov A.P. Glaucoma. M., Medical information Agency, 2014, 900 pages.
2. Andreev V.N., Hansen V.M., Doronin, A.N., Lukovtsev V.P. Method of electrochemical Multisensor detection and identification of alkaloids. RF patent № 2375705, Publ. 10.12.2009
3. Kolesnichenko 1.1., Hansen B.M. etc. Determination of antioxidants by the method of multi-sensor voltammetry. Collection of scientific papers international scientific conference «Measurement and information technologies in health protection», St. Petersburg 2011. P. 164-173
4. Kolesnichenko I.I., Hansen B.M. etc. Study possibilities of the method of Stripping voltammetry for the analysis of volatile components of blood serum for medical diagnosis. Scientific proceedings of the fourth international scientific-practical conference «Measurement in the modern world - 2013». SPb., FGBOU VPO Saint Petersburg state Polytechnical, 2013, P. 189-198.
5. Kolesnichenko I., Klyuev A.L. etc. Express screening of biological objects using multi-touch Stripping voltammetry with pattern recognition Methods the study of physico-chemical systems for the protection of metals and physical chemistry of surfaces. 2014, Vol. 50, No. 4, P. 543-547.
6. Kolesnichenko I.I., Doronin A.A. etc. Express screening of the biological objects depending on the time of storage. Collection of scientific works of the 5th all-Russian scientific-practical conference «Measurement in the modern world-2015», St. Petersburg, FGBOU VPO Saint Petersburg state Polytechnical, 2015, P. 141-146.
7. Kolesnichenko I.I., Kantarzhi E.P., Balashova L.M. Multivariate statistics in the assessment of biological objects by method of Stripping voltammetry multi-touch. Fundamental physical and mathematical problems and modeling of technical and technological systems. Vol. 17, 2016, Moscow, P. 103-114.
8. Kolesnichenko I.I, Balashova L.M., Kantarzhi E.P. Express screening of biological objects using multisensor Stripping voltamperometry with Pattern recognition.//American journal of analytical chemistry. 2016, No. 7, P. 588-596,
Сведения об авторах:
Колесниченко Ирина Ивановна - к.х.н., доцент, научный сотрудник ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, Ленинский проспект д. 31. Тел. 8-916-885-98-51. E-mail: [email protected]
Балашова Лариса Маратовна - д.м.н., ФГБОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пиро-гова Минздрава России, Москва, ул. Островитянова д.1. Тел. 8-909-985-81-84. E-mail: [email protected]
Кантаржи Елена Петровна - к.б.н, доцент ФГБОУ ВО Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирого-ва Минздрава России, Москва, ул. Островитянова д.1. Тел. 8-495-702-71-31. E-mail: [email protected]
About the authors:
Kolesnichenko Irina Ivanovna - candidate of chemical Sciences, associate Professor, researcher, FANO of Russia Federal state budgetary institution of science of the Russian Academy of Sciences Institute of physical chemistry and electrochemistry. A.N. Frumkin RAS, Moscow, Leninsky Pr., 31. Tel 8-916-885-98-51. E-mail: [email protected]
Balashova L.M. - Ph. D., doctor of Russian national research medical University. N.I. Pirogov Ministry of health of Russia, Moscow, Ostrovityanova str., 1. Tel. 8-909-985-81-84. E-mail: [email protected]
Kantarzhi E. P. - candidate of biological.N., associate Professor of the Russian national research medical University. N.I. Pirogov Ministry of health of Russia, Moscow, Ostrovityanova str.,1. Tel. 8-495-702-71-31. E-mail: [email protected]
