皮肤外用药物研究方法学
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第九章 常见的吸收促进剂

除了传统的口服和静脉给药途径外,近几年非口服给药方法发展迅速。除常用的皮肤给药途径外,直肠、鼻腔、眼、口腔、气道、阴道等黏膜给药已成为常用且重要的给药途径。但这些给药途径在实际应用中常遇到药物难以吸收或吸收缓慢的问题,因此寻找和开发新的吸收促进剂(penetration enhancers,PE)就显得尤为重要。
一、表面活性剂类
表面活性剂指具有很强的表面活性、可显著降低液体表面张力的物质。在药剂学中常用作增溶、乳化和润湿剂。研究表明它还是最主要的黏膜吸收促进剂。根据极性基团的解离性质,可将表面活性剂分为离子表面活性剂和非离子表面活性剂。离子表面活性剂又分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。对于促透效果,一般有:阴离子表面活性剂>阳离子表面活性剂>非离子表面活性剂。离子型表面活性剂皮肤刺激性较强,而非离子表面活性剂皮肤刺激性最小,促透作用最差。
1.阴离子表面活性剂
(1)皂类:
系高级脂肪酸的盐类,通式为(RCOO -nM + n。脂肪酸烃链R一般在C 11~C 18之间。M为碱金属或碱土金属。以硬脂酸、油酸、月桂酸、癸酸的盐类较为常见。
(2)硫酸化物:
常用的是高级脂肪醇硫酸酯类,如十二烷基硫酸钠(月桂醇硫酸钠、SDS)、十六烷基硫酸钠(鲸蜡醇硫酸钠)、十八烷基硫酸钠(硬脂醇硫酸钠)。
(3)磺酸化物:
属于此类的有烷基芳基磺酸化物、脂肪族磺酸化物和烷基萘磺酸化物,通式为R·SO 3 -M +,常用的品种有二辛基琥珀酸磺酸钠(阿洛索-OT)、二己基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠,以及甘胆酸钠、牛磺胆酸钠等胆酸盐类。其中,胆汁酸盐类可提高如多肽类、矿物质、蛋白质、抗生素、维生素A类等药物在肠道中的吸收率。
阴离子表面活性剂(以硫酸化物和胆酸盐类为代表)可以改变脂质双分子层结构,即它可以同脂质极性头区作用,改变极性头区基团之间氢键力和离子键作用力,使极性头区基团之间的整齐排列趋于无序状态,从而增加脂质的流动性,有助于药物分子的扩散。其次,它可以产生“溶胀效应”,即可以促使较多的水分子进入组织,增加脂质双分子层之间水性区域的体积,产生溶胀,从而扩大药物分子的扩散面积,促进渗透。再次,它还可以通过移除黏膜细胞的蛋白而产生促透效果。
2.阳离子表面活性剂
在吸收促进方面,阳离子表面活性剂不如阴离子表面活性剂常用,常用的是溴化十六烷基三甲胺(CTAB)。与阴离子表面活性剂相比,阳离子表面活性剂主要作用于皮肤角质细胞的角质纤维蛋白,改变其分子构象,松弛纤维蛋白之间的结合力以至形成微细孔道,进而促进渗透。其刺激性高于阴离子表面活性剂,而促透效果较弱,故不常用。
3.两性离子表面活性剂
即同时具有正、负电荷基团,可在不同的pH介质中表现出阴离子和阳离子表面活性的物质。
(1)卵磷脂类:
常见的有溶血卵磷脂、棕榈酰溶血卵磷脂和硬脂酰溶血卵磷脂,卵磷脂还常常和其他PE联合使用达到更好的促透效果。
(2)氨基酸型和甜菜碱型两性离子表面活性剂:
为合成化合物,阴离子部分是羧酸盐,阳离子部分为季铵盐或胺盐。这类表面活性剂作为PE较少报道。
两性离子表面活性剂由于其自身的特点,既可以同黏膜脂质极性头区(亲水区)作用,改变极性头区基团之间氢键力和离子键作用力,使极性头基团之间的有序状态趋于无序状态,增加脂质的流动性,易化药物分子的扩散,又可以同脂质非极性头区(疏水区)作用,插入排列整齐的疏水链之间,改变非极性头区的有序状态,增加脂质的流动性,使得某些两亲性药物的渗透得到改善。
4.非离子表面活性剂
非离子表面活性剂可引起皮肤脂质成分的流动性增加,并分配进入脂质双分子层胆固醇部分,增加促透性。此类分子中亲水基团是甘油、聚乙二醇等多元醇类,亲油基团是长链脂肪酸或长链脂肪醇,以酯键或醚键与亲水基团相连,可分为:
(1)脂肪酸甘油酯:
常指长链脂肪酸单甘油酯和长链脂肪酸二甘油酯,如以十二烷酸甘油酯作皮肤PE研究睾丸激素的透皮吸收,发现十二烷酸甘油酯可显著促进其吸收。
(2)脂肪酸山梨坦:
又称失水山梨醇脂肪酸酯,由山梨糖醇与脂肪酸反应生成的酯类化合物,即司盘,常用的为司盘20(月桂山梨坦)、司盘40(棕榈山梨坦)、司盘60(硬脂山梨坦)、司盘65(三硬脂山梨坦)、司盘80(油酸山梨坦)等。研究表明司盘40和司盘60可显著提高雌二醇的皮肤吸收量。
(3)聚山梨酯:
又称聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,由失水山梨醇脂肪酸酯与环氧乙烷反应而成,即吐温,常用的为吐温20(月桂山梨酯20)、吐温40(棕榈山梨酯40)、吐温60(硬脂山梨酯60)、吐温65(三硬脂山梨酯65)、吐温80(油酸山梨酯80)等。
(4)聚氧乙烯脂肪醇醚:
由聚乙二醇和长链脂肪醇缩合而成的醚类,通式为R·O·(CH 2OCH 2nH,即苄泽(brij)。以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为基质,添加了非离子表面活性剂多聚氧乙烯-2-油醇醚的膜剂在离体大鼠皮肤上对曲普利啶(抗组胺药)的吸收,发现其可显著促进曲普利啶的透过量。聚氧乙烯脂肪醇醚应至少具备5个以上氧乙烯和12个以上碳原子的线性烷链才有促透效果,低于9个碳原子的线性烷链的聚氧乙烯促透效果很微弱。当苄泽施用于皮肤时,它可使真皮内蛋白合成速率和磷脂增加,并同时移除,从而达到促透效果。
(5)聚氧乙烯脂肪酸酯:
通式为R·COO·CH 2(CH 2OCH 2nCH 2·OH,即卖泽(myrij)。在分子中含有支链类的促透效果低于直链类,支链分子使黏膜的促透力减弱。如卖泽类中的卖泽52的结构中存在氧乙烯支链,故几乎没有促透效果,在使用中应加以注意。
(6)聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物:
即泊洛沙姆(poloxamer),通式为HO(C 2H 4O) a-(C 3H 6O) b-(C 2H 4O) aH,是一种新型的吸收促进剂。Bromberg研究泊洛沙姆188对多柔比星的肠道吸收情况,结果表明其不仅提高了药物的吸收量,而且降低了肠道毒性。
二、亚砜(sulphoxide)类及其类似物
该类主要有二甲亚砜(DMSO)、癸基甲基亚砜(DCMS)、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMA)等。亚砜类作为吸收促进剂早有使用,但因其高度的浓度依赖性和刺激性,影响了其应用。如研究以DCMS促进硝酸异山梨酯压敏胶贴剂在裸鼠皮肤的吸收效果,结果表明其显示出强大的促透功能。
亚砜类促进剂有较强的渗透促进作用,与角质层脂质相互作用和对药物的增溶性质是其主要促渗机理,它能与水、有机溶剂相混溶,具有较强的渗透性和运载能力;它可以使皮肤细胞中蛋白发生可逆的构型改变,并置换脂质双分子层结构中的水分,形成一种有利于药物分子的穿透的疏松结构。
三、氮酮(azone)类及其类似物
Azone是Nelson公司于1976年从一系列 N-烃基氮杂环酮类化合物中开发的一种新型黏膜吸收促进剂,随后1-香叶基七元氮杂环-2-酮(GAH)、1-香叶基五元氮杂环-2,5-二酮(GAPD)、1-法呢基七元氮杂环-2-酮(FAH)、1-法呢基五元氮杂环-2-酮(FAP)等类似物相继出现。其中,氮酮是最为常用的一种,结构中的长烃链和强极性的内酰胺基是促透的必需基团,常用于皮肤的促透吸收。
氮酮的促透机制可能有以下几种:①渗透角质层,使极性头区基团之间的整齐排列趋于无序状态,从而增加脂质的流动性,有助于药物分子的扩散;②结合角质细胞间脂质产生脱脂作用,有利于形成细胞间孔道,降低药物分子的扩散阻力;③增加黏膜脂质双分子层结构中吡咯烷酮类水性区的含水量增加,产生“溶胀效应”,药物的分配系数变大;④降低黏膜脂质双分子层结构的相变温度,使其以液晶态存在,增加脂质的流动性。
四、吡咯烷酮类
用于吸收促进剂的吡咯烷酮类有2-吡咯烷酮、 N-甲基-2-吡咯烷酮、 N-乙基-2-吡咯烷酮,还包括其他含氮杂环及具有酮基结构的化合物。以1-甲基-2-吡咯烷酮和卵磷脂为吸收促进剂研究灰黄霉素乳剂在尤卡坦小型猪皮肤的吸收情况,结果表明随1-甲基-2-吡咯烷酮的浓度升高,其促透效果增加。
吡咯烷酮类一般对亲水性药物的促透效果强于亲脂性药物,其促透机制有浓度依赖性,仅当吡咯烷酮处于高浓度时,才影响脂质的流动性,促进药物的分配。吡咯烷酮类可插入并破坏脂质分子中,改变碳链的有序性,从而增强对亲脂性药物的促透作用。
五、有机酸及其酯类
有机酸类中应用较多的是油酸、亚油酸、亚麻酸、月桂酸等,其他的一些脂肪酸亦有应用。有机酸类经常和有机溶剂类吸收促进剂联合使用,不仅可以减少用量,还可以降低毒性反应。有机酯类品种也较多,常用的是脂肪酸或长链脂肪酸和醇酯化反应产物。
六、醇和多元醇类
醇类分短链醇(2~5碳)和长链醇(10~26碳),前者常用的有乙醇、异丙醇、异丁醇,后者常用的有正辛醇、正十二醇。醇类促透效果往往和其碳链长度有关,随碳链长度增加,促透效果增大,直至极值,再增加碳链则促透效果又减弱。低分子量醇常用高浓度,既增加药物的溶解度,又可长时间保持促透效果。疏水性的长链醇则是通过脱去脂质,破坏其结构完整性或影响其结构的有序性达到促透的目的。
多元醇类促透效果较弱,常用作溶剂,增加其他吸收促进剂的效果,常用的有丙二醇、甘油、聚乙二醇(低分子量)等。这类的化学结构比较简单,可单独使用,也可复合应用,如丙二醇和油酸的配伍、甘油和氮酮的配伍等,以增加某些极性或非极性的药物的吸收。
七、皂苷类
皂苷及其衍生物等也常被用来促进药物的吸收,如以皂角苷(saponin)为黏膜吸收促进剂研究其对氟尿嘧啶在大鼠肾脏黏膜表面的吸收和分布,结果表明其在肾脏黏膜表面的分布控制药物在肾脏内部的分布。又如研究十二烷基麦芽苷在缓释系统中对环丙沙星眼部的吸收情况,结果显示它可以延长药物的作用时间,并使角膜和晶状体的吸收药量比不加的情况提高10倍。
八、抗生素类
牛磺二氢褐酸霉素钠(STDHF)作为鼻腔、口腔的药物吸收促进剂已有报道。STDHF无抗菌活性,无诱变性,易溶解,在水溶液中稳定,临界胶团浓度为25mmol/L(在0.01mmol/L Na +中),临界胶团温度<0℃,p K a很小,急性和慢性毒性试验都表明其对大鼠、兔等局部及全身均无毒副作用。
九、氨基酸及其衍生物
该类应用较多的是 N-乙酰氨基酸类,且随乙酰部分的碳链增长,促进作用增大。在促进多肽和蛋白质类药物时,氨基酸类PE显示出很好的促透效果而且其促透效果与其分子量密切相关。Harris等报道了以脯氨酸戊醇酯( n-pentyl N-acetylprolinate)作为吸收促进剂研究苯甲酸的皮肤吸收并与氮酮比较,结果显示其促透效果与氮酮类似,小剂量无毒,大剂量有剂量相关毒性。
十、气体吸收促进剂
在油溶性基质中溶解入一种或多种气体,如NO、CO 2、H 2S等,制成喷雾剂、栓剂、软胶囊或灌肠液,也可促进药物的黏膜吸收,一般可用于抗炎药、抗组胺药、抗高血压药等的促渗。
十一、蛋白质和酶类促进剂
霍乱弧菌可产生闭锁小带毒素蛋白(ZOT),ZOT能增加肠道细胞紧密连接的通透性从而达到促透效果。ZOT特异作用于肠闭锁小带的肌动蛋白,而不损害整个小肠的完整性或功能,并且具有时间和剂量依赖性。体内实验表明,在兔的回肠和空肠,ZOT可将胰岛素的吸收量增加10倍。
十二、药用高分子材料
该类指的是分子量大于10 4,由许多简单的结构单元以共价键连接而成的分子,分为均聚高分子(一种结构单元)和共聚高分子(两种或以上结构单元),包括以下几种。
1.纤维素及其衍生物类
天然的纤维素分子是由吡喃环 D-葡萄糖构成的直链多糖。天然的纤维素经过不同的化学处理过程可以制成不同的纤维素衍生物。
(1)微晶纤维素(MCC):
由吡喃环 D-葡萄糖以β-1,4糖苷键缩合而成的聚合度为200的纤维素,即阿文斯(avicel)。Teshima研究微晶纤维素对鼻腔给予胰高血糖素粉剂对于血糖的影响。虽然以甘胆酸钠和癸酸钠为吸收促进剂的鼻腔吸收量分别是以微晶纤维素作为PE的1.3和2.6倍,但后者的稳定性却远远高于前两者,更适用于胰腺切除的患者。
(2)纤维素酯类衍生物:
系纤维素的羟基被酸酐部分或完全取代的产物。常用的纤维素酯类有醋酸纤维素(cellulose acetate,CA)和醋酸纤维素酞酸酯(cellulose acetatephthalate,CAP)。
(3)纤维素醚类衍生物:
该类衍生物包括羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等。
2.明胶类
明胶为动物骨、皮等结缔组织胶原纤维蛋白水解产物,可渗入脂质双分子层,使脂质整齐排列趋于无序状态从而增加药物的吸收。
3.壳聚糖及其乙酰化产物
壳聚糖是来源于甲壳类动物(虾和蟹)外壳的一种氨基多糖,其重复单位是以β-1,4糖苷键相连的壳二糖,是一种新型的透黏膜吸收促进剂。
十三、螯合剂类
螯合剂类吸收促进剂主要指的是乙二胺四乙酸(EDTA)、水杨酸及其盐类、枸橼酸及其盐类等。此类改变极性头区基团之间氢键作用力,使极性头区基团之间的整齐排列趋于无序状态,从而改变脂质双分子层结构,增加脂质的流动性,加速药物分子的扩散。如采用离子等渗法研究邻二氮杂菲类螯合物对胰岛素皮肤吸收的促进作用。
十四、生物碱类
Namba等以日本产黄连根茎的提取物黄连素、黄连碱、掌叶防己碱作为皮肤黏膜吸收促进剂,研究其对氟尿嘧啶的皮肤吸收情况,结果表明这三种生物碱均不能穿透皮肤,但可吸附在皮肤上,可有效促进氟尿嘧啶的吸收,故推断其促透机制可能是增加了极性药物在皮肤的溶解度。
十五、萜烯类
这类物质是一类安全有效的吸收促进剂,主要以天然药物提取物为主。常见的是富含挥发油成分的伞形科植物的提取物。萜烯类PE结构中一般含有异戊二烯单元,依据异戊二烯单元数目不同又可分为单萜(二个异戊二烯单元)、倍半萜(三个异戊二烯单元)、二萜(四个异戊二烯单元),薄荷醇是其中较为常用的一种。体外实验表明,选择具良好经皮促透效果的萜烯类化合物,即薄荷醇、柠檬烯、1,8-桉树脑、薄荷酮、4-萜品醇和长叶薄荷酮,采用MTT试验测定萜烯类经皮促透剂的细胞毒性,利用荧光漂白恢复技术(FRAP)考察不同萜烯类促透剂对细胞膜流动性的影响,采用流式细胞仪测定不同萜烯类促透剂对细胞膜电位的改变,同时考察了萜烯类促透剂对HaCaT细胞内Ca 2+浓度的影响,采用超微量Ca 2+-ATP酶试剂盒测定萜烯促透剂对HaCaT细胞内Ca 2+-ATP酶活性的影响。实验结果表明,相对于常用化学促透剂氮酮,6种萜烯类促透剂均显示较低细胞毒性;所选择的萜烯类促透剂可显著增加HaCaT细胞膜流动性,降低细胞膜电位,同时可降低HaCaT细胞Ca 2+-ATP酶活性和细胞内Ca 2+浓度而影响细胞Ca 2+平衡。萜烯类促透剂可能通过改变细胞内Ca 2+平衡而影响细胞膜流动性及膜电位,增加皮肤活性表皮流动性而降低皮肤屏障作用,从而利于药物的透皮吸收。
十六、环糊精
环糊精较少单独作为吸收促进剂使用,常和脂肪酸和丙二醇合用。以β-环糊精(β-cyclodextrin)、羟丙基-β-环糊精、2,6-二甲氧基-β-环糊精和丙二醇合用作为皮肤黏膜吸收促进剂为例,研究其对罂粟碱的大鼠透皮吸收过程,发现低浓度时β-环糊精和2,6-二甲氧基-β-环糊精有较好的促透效果,高浓度时羟丙基-β-环糊精显示出良好的促透效果,最终得出结论为:对于罂粟碱,10%的羟丙基-β-环糊精水溶液最适宜用于透皮吸收。
十七、胺类
胺类吸收促进剂的代表是尿素,应用最为广泛。它具有促进角质结构水化并可在角质层形成亲水性药物扩散通道的作用,此类也包括一系列不饱和的胺类衍生物作为PE出现。其中,十二烷基- NN-二甲氨基异丙酸酯(DDAIP)因具有生物降解、作用时间短、消除迅速等特点而较为常用。
十八、其他类
一些有机溶剂,如乙酸乙酯,因其具有一定的极性形成氢键,可进入脂质双分子层破坏其脂质排列顺序,改变脂质的流动性,易化药物分子的扩散。一些长链烷烃也可非破坏性地改变脂质双分子层的通透性达到促透的功能。大环化合物如环十五烷酮也有促透作用,在于其可暂时增加药物在脂质中的溶解度。可能作为吸收促进剂的化合物还有:二氧杂环环己烷、二氧杂环环戊烷、咪唑啉类衍生物2-十二烷基咪唑啉、咪唑类衍生物1,2-二甲基咪唑、 唑烷酮衍生物4-癸基 唑烷-2-酮、2-咪唑啉酮和4-咪唑啉-2-酮衍生物1-癸基-3-甲基-2-咪唑啉酮等。
随着现代药学的发展,吸收促进剂在临床应用中已获得较大发展,人们对其化学结构、作用机制、应用范围进行了广泛深入的研究。在应用过程中,吸收促进剂存在一些问题。首先,在各类吸收促进剂中,尤其是化学合成类均存在不同程度的毒性,这成了制约其发展的瓶颈问题。其次,对于不同类型药物,促进吸收效果也不尽相同,有时不但不能促进特定药物的吸收,反而有阻碍作用。另外,吸收促进剂在使用时存在用量大的问题,这在某些程度上增加了毒性。不同类型吸收促进剂的联合使用是解决这一问题的方法之一,但目前缺乏理论性和系统性。所以在吸收促进剂的研究中,可考虑以下几个方面:①进行化学结构修饰和改造及在一系列同系物和衍生物中寻找高效低毒的吸收促进剂是进行减毒增效改造的一种有效方法,利用新型的制剂技术,如与环糊精合用,与脂质体包封来降低毒性,提高促进药物吸收的功能;②当前大多数毒性研究工作都只是基于动物实验的短期观察,有关人体的毒理学研究和长时间接触或反复使用某种吸收促进剂的毒性研究工作开展较少,这样不能客观公正地评价其毒性。开展吸收促进剂的人体毒性研究或对某种吸收促进剂的临床应用毒性进行长期观测以避免严重的毒性反应,这样一些课题也很有研究的价值;③开展吸收促进剂的联合使用的理论和应用研究,寻找不同种类促进剂的最佳配伍是今后研究和发展的热点;④对吸收促进剂的深入研究会进一步为其临床应用提供坚实的理论基础,推动其研究的深入发展。

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(李昕)