醫(yī)藥領(lǐng)域緩沖溶液應(yīng)用研究
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摘要:緩沖溶液在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域中都具有非常重要的作用。結(jié)合實(shí)際，報(bào)告了緩沖溶液在醫(yī)學(xué)檢測、醫(yī)用標(biāo)本保存、藥物保存、藥效控制等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，為醫(yī)藥領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者們更好地了解和應(yīng)用緩沖溶液提供參考。
關(guān)鍵詞:緩沖溶液;醫(yī)學(xué)領(lǐng)域;藥學(xué)領(lǐng)域;應(yīng)用
引言
酸堿緩沖溶液是指能夠抵抗外來少量酸、堿和水的稀釋作用而保持本身pH值基本不變的溶液。緩沖溶液在生產(chǎn)實(shí)踐、分析化驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室操作中都有廣泛的應(yīng)用。生物體正常生理環(huán)境的維持需要正常的酸堿度范圍，藥物在生物體系內(nèi)發(fā)揮藥效也需要合理范圍的酸堿度環(huán)境，因此與生物體息息相關(guān)的醫(yī)學(xué)與藥學(xué)領(lǐng)域的許多方面都有緩沖溶液的存在。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，緩沖溶液在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)揮著不可替代的作用。
1緩沖溶液在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
1.1緩沖溶液在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)方面的應(yīng)用
醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)是輔助臨床醫(yī)學(xué)的一門重要科學(xué)。緩沖溶液可以增強(qiáng)檢測試劑的穩(wěn)定性，從而提高醫(yī)學(xué)檢測的準(zhǔn)確度。卡馬西平被公認(rèn)是治療兒童癲癇的一線用藥。監(jiān)測卡馬西平的血藥濃度可以保證臨床用藥安全。使用含小牛γ蛋白的磷酸鹽緩沖溶液稀釋卡馬西平待測血樣，采用熒光偏振免疫法(TDX)，對卡馬西平的血藥濃度進(jìn)行測定，測試結(jié)果有效可信［1］。磷酸鹽緩沖溶液通常由鈉、鉀的磷酸二氫鹽和磷酸一氫鹽按照一定濃度比配制而成，溶液中的平衡體系以H2PO－4+H2OHPO2－4+H3O+平衡移動體系為主，其有效pH值范圍一般為6.2～8.2。小牛γ球蛋白的直接接觸環(huán)境為牛的血漿，牛的血液pH值多在7.3～7.5［2］。磷酸鹽緩沖溶液緩沖能力強(qiáng)，可抵抗空氣中的CO2等氣體對實(shí)驗(yàn)的干擾，使實(shí)驗(yàn)過程中小牛γ蛋白試液的pH值基本不變。同時，磷酸鹽緩沖溶液提供中性或近中性環(huán)境，使小牛γ球蛋白保持最佳的生理活性，有利于小牛γ球蛋白與藥物充分結(jié)合，提高了檢測的準(zhǔn)確度。
1.2緩沖溶液在醫(yī)用標(biāo)本保存方面的應(yīng)用
醫(yī)用標(biāo)本對于醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)學(xué)教學(xué)具有重要意義。緩沖溶液的應(yīng)用可以保存醫(yī)用標(biāo)本中的特定化學(xué)物質(zhì)，修復(fù)醫(yī)用標(biāo)本組織，從而提高醫(yī)用標(biāo)本的醫(yī)用價(jià)值。
1.2.1緩沖溶液保存醫(yī)用標(biāo)本中特定的化學(xué)物質(zhì)臨床上常用低溫和甲醛固定的方法保存組織標(biāo)本。低溫環(huán)境常常難以實(shí)施且冷凍會破壞組織結(jié)構(gòu)清晰性。甲醛固定則容易降解標(biāo)本中的核酸，如用10%中性甲醛固定12h標(biāo)本中的RNA就出現(xiàn)明顯損傷［3］。因此，低溫保存和甲醛固定都表現(xiàn)出一定的不足。蔗糖磷酸緩沖液能夠在一定程度上改善低溫和甲醛保存標(biāo)本的不足。如經(jīng)25%的蔗糖磷酸緩沖液固定保存，48h后，小鼠腦和肺組織RNA仍無顯著損傷。25%的蔗糖磷酸緩沖液可以比甲醛更好地保存組織結(jié)構(gòu)的清晰性和核酸的完整性。25%的蔗糖磷酸緩沖液由磷酸緩沖溶液和蔗糖組成，常被用作新鮮組織的脫水劑。這里磷酸緩沖溶液的組成及緩沖原理同1.1中的磷酸鹽緩沖溶液。蔗糖溶液主要調(diào)節(jié)滲透壓。RNA的單體是核糖核苷酸。核糖核苷酸中含有糖苷鍵，核糖核苷酸依靠磷酸二酯鍵連接形成RNA，而糖苷鍵和磷酸二酯鍵會被酸、堿水解［4］。在保存過程中，組織細(xì)胞死亡，組織細(xì)胞內(nèi)的溶酶體釋放水解酶催化了細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)的水解。蔗糖磷酸緩沖溶液具有一定的緩沖能力，可抵抗水解產(chǎn)物對細(xì)胞質(zhì)酸堿度的影響，保持細(xì)胞質(zhì)pH的相對穩(wěn)定，防止組織細(xì)胞中的RNA因?yàn)榄h(huán)境pH值改變而水解。25%的蔗糖磷酸緩沖液滲透壓大于標(biāo)本組織細(xì)胞內(nèi)部液體的滲透壓，可導(dǎo)致標(biāo)本組織細(xì)胞失水。而水分是微生物生存繁殖的重要條件。標(biāo)本組織細(xì)胞失水抑制了標(biāo)本組織細(xì)胞內(nèi)微生物的生存繁殖，從而降低了微生物活動對標(biāo)本組織細(xì)胞內(nèi)RNA的破壞作用，較好地保存了標(biāo)本組織細(xì)胞內(nèi)的RNA，提高了醫(yī)用標(biāo)本的醫(yī)用價(jià)值。
1.2.2緩沖溶液修復(fù)醫(yī)用標(biāo)本組織乳腺癌石蠟切片中雌激素受體、孕激素受體、增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)的強(qiáng)弱及定位的檢測，對指導(dǎo)乳腺癌的治療具有重要作用。但由于病理組織經(jīng)常規(guī)福爾馬林和甲醛固定、石蠟包埋后組織細(xì)胞中的抗原大多被封閉，因而影響了特異性抗體與抗原的結(jié)合，影響了抗原的顯色定位。以前常采用蛋白酶消化的方法來修復(fù)抗原，但這一方法經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果不盡如人意。往往由于酸堿度差別大，消化后易造成組織脫片，抗原暴露不充分，導(dǎo)致染色不佳。有學(xué)者選擇使用檸檬酸鹽緩沖溶液在醫(yī)用微波爐的輔助下，修復(fù)組織中被封閉的抗原，使原來雌激素受體、孕激素受體、增殖細(xì)胞核抗原陰性及定位不好、染色強(qiáng)度不高的組織得到了理想的染色結(jié)果?？乖迯?fù)后組織不易脫片，抗原暴露充分，染色結(jié)果穩(wěn)定［5］。檸檬酸鹽緩沖溶液的主要成分是檸檬酸和檸檬酸鈉，在修復(fù)抗原過程中，一方面，檸檬酸鹽緩沖溶液可以維持標(biāo)本組織pH值相對穩(wěn)定，使抗原蛋白保持最佳的生理活性;另一方面，檸檬酸鹽緩沖溶液可以破壞標(biāo)本組織中抗原與甲醛的交聯(lián)，使乳腺癌切片抗原暴露充分。檸檬酸鹽緩沖溶液的使用有助于修復(fù)標(biāo)本組織中的抗原，提高了醫(yī)用標(biāo)本的醫(yī)用價(jià)值。
2緩沖溶液在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
2.1緩沖溶液在藥物保存方面的應(yīng)用
藥物的穩(wěn)定性不僅與其自身的性質(zhì)有關(guān)，在很大程度上還受到許多外界因素的干擾，如光線、溫度、濕度、二氧化碳、氧氣、微生物、環(huán)境酸堿度等。緩沖溶液能夠?yàn)樗幬锾峁┫鄬Ψ€(wěn)定的酸堿度環(huán)境，增強(qiáng)藥物的穩(wěn)定性，延長藥物的保存時間。黃芩苷目前已被加工成多種劑型的藥物，有抗氧化反應(yīng)、抗變態(tài)反應(yīng)、抑菌和抗炎等藥理作用。在黃芩苷的液體藥劑中，黃芩苷易氧化水解，pH值下降快，使黃芩苷有效成分沉淀析出。若調(diào)節(jié)pH值過高，會使黃芩苷發(fā)生水解并析出沉淀。有實(shí)驗(yàn)表明，用磷酸鹽緩沖溶液調(diào)節(jié)黃芩苷液體藥劑的pH值，可使黃芩苷液體藥劑更穩(wěn)定，保存時間更長［6］。黃芩苷在液體藥劑中的溶解度受液體藥劑的pH值影響較大，在pH2.0～6.8的磷酸鹽緩沖溶液中，黃芩苷的溶解度隨溶劑pH值升高而不斷增大［7］。為盡可能增強(qiáng)黃芩苷液體藥劑的穩(wěn)定性、增加黃芩苷在液體藥劑中的溶解度，一般將黃芩苷液體藥劑的pH值調(diào)至6.8左右［8］。由于磷酸鹽緩沖溶液的有效pH值范圍一般為6.2～8.2，因此磷酸鹽緩沖溶液可為黃芩苷提供穩(wěn)定的酸堿環(huán)境，防止黃芩苷液體藥劑pH值改變，有效防止成分沉淀析出，增強(qiáng)黃芩苷液體藥劑的穩(wěn)定性。
2.2緩沖溶液在藥效控制方面的應(yīng)用
藥物在人體中應(yīng)盡量充分發(fā)揮有利作用，減少或避免不良反應(yīng)才能發(fā)揮良好的藥效。緩沖溶液的應(yīng)用可以保護(hù)藥物，增強(qiáng)某些藥物的有效作用，減少或避免某些藥物的不良反應(yīng)，從而控制藥效。
2.2.1緩沖溶液保護(hù)藥物從而控制藥效藥物由于自身化學(xué)性質(zhì)不同，在不同溫度、濕度、光線照射等條件下的穩(wěn)定性也不同。有些藥物的生理活性容易受到外界環(huán)境的影響，緩沖溶液可抵抗用藥環(huán)境對藥物的影響，保護(hù)藥物，從而增強(qiáng)藥物的有利作用，控制藥效。凝血酶是血液中的一種凝血因子，在臨床上常用作止血劑。因?yàn)槟甘且环N具有止血活性的蛋白質(zhì)，所以在使用中不可避免地會被組織中的酸堿物質(zhì)影響活性。特別是在消化道出血的止血方面，胃液中因胃酸的存在使得胃液的pH值很低，會大大影響凝血酶的活性。遲斌元等人通過預(yù)先在凝血酶中加入檸檬酸檸檬酸鈉緩沖劑，使得在使用前加水溶解藥品時自動產(chǎn)生有緩沖作用的緩沖溶液，將凝血酶保護(hù)起來，減少人體組織液或胃液中的酸堿物質(zhì)對凝血酶活性的影響，增強(qiáng)凝血酶的藥效［9］。凝血酶活性表達(dá)的最適pH范圍為6～8，最佳pH為6.8［9］。將檸檬酸檸檬酸鈉緩沖劑和凝血酶按一定的比例混合，加入一定量的蒸餾水制成藥液。該藥液在人體內(nèi)發(fā)揮止血作用時，檸檬酸檸檬酸鈉緩沖溶液因其緩沖作用可抵抗人體組織液中少量酸堿物質(zhì)的影響，保持凝血酶局部環(huán)境的pH值在6～8，使凝血酶發(fā)揮最佳藥效。
2.2.2緩沖溶液直接減小藥物不良反應(yīng)從而控制藥效人體體液、內(nèi)環(huán)境溶液具有不同的pH值。若藥液的pH值與直接接觸藥液的人體體液pH值相差過大，藥液會對人體造成刺激，破壞人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，從而影響人體藥物代謝，降低藥效。人的淚液pH值在7.3～7.5［10］，滴眼液的pH值6～8，對眼黏膜刺激較?。?1］。在配制滴眼液的過程中，常根據(jù)滴眼液的性質(zhì)加入緩沖溶液，以調(diào)節(jié)滴眼液的pH值在滴眼液最穩(wěn)定pH值和淚液生理pH值之間，以保證藥物有足夠的有效期，同時減小滴眼液對眼黏膜的刺激，控制藥效。氯霉素在結(jié)晶狀態(tài)很穩(wěn)定，在pH為2～7的環(huán)境中特別穩(wěn)定，在弱酸性水溶液中穩(wěn)定，但能被磷酸鹽、醋酸或枸櫞酸鹽催化水解，在pH大于7的水溶液中不太穩(wěn)定。氯霉素滴眼劑貯于20℃～22℃下270d后分解50%。用硼酸緩沖溶液調(diào)節(jié)氯霉素滴眼劑的pH值至7.4，貯于同樣保存條件僅分解14%。在室溫條件下，將氯霉素保存在含有等量醋酸苯汞的pH值為5.8和6.4的硼酸緩沖溶液中12個月，氯霉素仍能保持79.32%和86.28%的有效含量［12］。因此，硼酸緩沖溶液常常成為氯霉素滴眼劑的組成部分。硼酸緩沖溶液主要由硼酸、硼砂組成，硼酸本身具有防腐作用。硼酸緩沖溶液調(diào)節(jié)氯霉素滴眼劑的pH值在5.8～6.4，減小了氯霉素滴眼劑對眼黏膜的刺激。同時，硼酸緩沖溶液中的H3BO3－B(OH)4－可發(fā)揮緩沖作用，使氯霉素滴眼劑的pH值穩(wěn)定在5.8～6.4左右，保證了藥物有足夠的有效期。
3結(jié)語
實(shí)際上，緩沖溶液在理、工、農(nóng)、林、牧、醫(yī)等領(lǐng)域都有廣泛的用途。本研究僅梳理了緩沖溶液中與醫(yī)、藥有關(guān)的部分實(shí)例，為醫(yī)藥領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者更好地了解、應(yīng)用緩沖溶液提供參考。當(dāng)然，還有更多的緩沖溶液在該領(lǐng)域中被應(yīng)用并發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的緩沖溶液會被開發(fā)應(yīng)用到醫(yī)藥領(lǐng)域中。相關(guān)專業(yè)人員應(yīng)了解必要的有關(guān)緩沖溶液的知識，才能正確地根據(jù)需要選擇或配制適當(dāng)?shù)木彌_溶液進(jìn)行使用。
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作者：賀嘉銘 鄒淑君 單位：黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)
