БИОФИЗИКА, 2020, том 65, № 6, с. 1211-1218

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ В СЛЕЗНОЙ ЖИДКОСТИ ПРЕПАРАТОВ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ВО ВЗРОСЛОЙ

ОФТАЛЬМОАНЕСТЕЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ, С ПОМОЩЬЮ

МЕТОДА МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ ИНВЕРСИОННОЙ

ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ

Л.С. Коробова*^, **, А.Н. Доронин****, И.А. Балашов*, Д.Р. Черкашин*, С.Н. Удальцов*****

*НП Международный научно-практический Центр пролиферации тканей, 119034, Москва, ул. Пречистенка, 29/14

**Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ,

117997, Москва, ул. Островитянова, 1

***Институт ядерной физики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова,

119991, Москва, Ленинские горы, 1

****Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина PАН

, 119071, Москва, Ленинский просп., 31/4

*****ФИЦ «Пущинский научный центр биологических исследований РАН»,

142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 2

Поступила в редакцию 25.01.2020 г.

После доработки 12.07.2020 г.

Принята к публикации 08.07.2020 г.

Для эффективной дозировки офтальмологических препаратов требуется оценка динамики измене-

ния их концентрации в слезной жидкости во времени. В работе приведены примеры определения с

помощью мультисенсорной инверсионной вольтамперометрии местноанельгизирующих препара-

тов наропина, хирокаина и лидокаина, применяемых при офтальмологических операциях. Изучено

поведение данных анестетиков в слезной жидкости пациентов при проведении операции по фако-

эмульсификации хрусталика, в том числе при наличии у них сопутствующей глаукомы.

Ключевые слова: мультисенсорная инверсионная вольтамперометрия, планарные электроды, наропин,

хирокаин, лидокаин, местная анестезия, офтальмология.

DOI: 10.31857/S0006302920060216

Для эффективной дозировки вновь разрабаты-

либровки и воспроизводимости сигналов [1].

ваемых анельгизирующих офтальмологических

Электрохимические методы в решении многих

препаратов требуется оценка динамики измене-

аналитических задач достаточно просты, облада-

ния их концентрации в слезной жидкости во вре-

ют приемлемым быстродействием и имеют хоро-

мени. В данной работе исследована принципи-

шие метрологические показатели. В ИФХЭ РАН

альная возможность применения метода мульти-

(Москва) был разработан электрохимический ме-

сенсорной инверсионной вольтамперометрии в

тод анализа органических веществ - мультисен-

целях определения фармокинетики местноанель-

сорная инверсионная вольтамперометрия [2, 3].

гизирующих препаратов. В основе работы муль-

Этим методом определяется изменение электро-

тисенсорных приборов всех типов лежит исполь-

химической активности катионов металлов в рас-

зование набора (матрицы) сенсоров с отличаю-

творе в результате их взаимодействия с органиче-

щимися друг от друга характеристиками.

скими веществами. На получаемой вольтамперо-

Проблемой описанных методов является воспро-

грамме при этом фиксируются изменения пиков

изводимость характеристик матрицы сенсоров,

токов растворения металлов, которые можно за-

что в конечном счете отрицательно сказывается

фиксировать для каждого металла тест-системы

на разрешающей способности и достоверности

по отдельности или оценить изменение всей

дискриминации N-мерных образов. Также об-

вольтамперограммы интегрально. Измерения

щим недостатком этих типов мультисенсорных

проводят на одном индикаторном электроде, что

устройств является сложность в обеспечении ка-

имеет большое преимущество по сравнению с

1211

1212

БАЛАШОВА и др.

Рис. 1. Общий вид электрохимического мультисенсорного анализатора (а) и схема планарной электродной системы (б).

мультисенсорными методами, в которых исполь-

8 мм проводили забор слезы до операции, через 5

зуют набор электродов. При решении задачи

и 10 мин после проведения анестезии до проведе-

идентификации конкретного органического ве-

ния разреза (с инстилляцией раствора антибио-

щества данным методом требуется сравнение с

тика - 0.25%-го левомицетина - после последне-

предварительно составленной базой данных.

го забора слезы) с целью возможного выявления

растворов анестезиологических препаратов в сле-

Ранее нами был предложен метод экспресс-

зе. Использовали препараты 0.75%-го раствора

диагностики биологических объектов с использо-

наропина, 5%-го раствора хирокаина и 2%-го

ванием мультисенсорной инверсионной вольт-

раствора лидокаина, которые вводили за 1 ч до

амперометрии для ранней диагностики глаукомы

операции. Каждый из препаратов применяли ре-

по сыворотке крови [4]. В дальнейшем работо-

тробульбарно (по стандартной методике) и ин-

способноcть и эффективность метода была пока-

фраорбитально (по стандартной методике), объ-

зана нами, в частности, пpи опpеделении ряда

ем вводимого препарата составлял

4 мл. У

офтальмологичеcких пpепаpатов - визомитина

18 больных исследования дублировали с целью

[5, 6], ланостерола [7], бетоптика и его дженери-

проверки точности метода. Всего было взято

ков [8].

108 проб.

Целью данной работы являлось исследование

Следует отметить, что с клинической точки

методом мультисенсорной инверсионной вольт-

зрения наиболее глубокое обезболивание вызы-

амперометрии фармакокинетики поведения в

вает наропин. Больные после его применения

слезной жидкости ряда анестетиков - наропина,

спокойнее ведут себя на операционном столе.

хирокаина и лидокаина - у больных при проведе-

Введение же лидокаина нередко сопровождается

нии операции по факоэмульсификации хруста-

аллергической реакцией (вплоть до анафилакти-

лика.

ческого шока).

Исследования осуществляли с помощью элек-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

трохимического мультисенсорного анализатора,

разработанного в ИФХЭ РАН. Измерения прово-

Исследование проведено на 30 больных, стра-

дили на планарных электродных системах пред-

дающих незрелой катарактой и смешанной ком-

ставляющих собой полипропиленовую пластину

пенсированной глаукомой I-III стадий в воз-

с нанесенными рабочим и вспомогательным

расте от 60 до 86 лет, из них 15 мужчин и 15 жен-

электродами (углеродный материал) и хлорсереб-

щин. Больным была проведена операция по

ряным электродом сравнения. Общий вид анали-

факоэмульсификации хрусталика с имплантаци-

затора и схема планарной электродной системы

ей интраокулярной линзы, причем десяти боль-

представлена на рис. 1.

ным с сопутствующей глаукомой - сочетанная

операция. Послеоперационный период протекал

В качестве электрохимической «тест-систе-

без осложнений. У пациентов с помощью кружка

мы» использовали 0.05 М раствор KCl, содержа-

стерильной фильтровальной бумаги диаметром

щий катионы ряда металлов, обладающих спо-

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

ОПРЕДЕЛЕНИЕ В СЛЕЗНОЙ ЖИДКОСТИ ПРЕПАРАТОВ

1213

Рис. 2. Инверсионные вольтамперограммы тест-системы при воздействии на нее наропина в различных концентрациях

(%): 1 - 0 (фон), 2 - 0.125 ∙ 10^-3; 3 - 0 . 250∙10^-3; 4 - 0.375 ∙ 10^-3; 5 - 0.500 ∙ 10-3 (на электроде).

собностью образовывать комплексные соедине-

Для получения образцов слезной жидкости в

конъюктивальный мешок глаза пациента поме-

ния с органическими веществами: Zn²⁺, Cd²⁺,

щали диск диаметром 8 мм из предварительно об-

Pb²⁺, Cu²⁺, Co³⁺, Hg²⁺ [2, 3]. Сформированная

работанного пористого материала (фильтроваль-

таким образом на индикаторном электроде мат-

ной бумаги, которую тщательно промывали в

рица сенсоров в нашем случае обеспечивала ра-

спирте и дистиллированной воде и сушили при

боту прибора в формате «Электронный язык» [9].

80°С в течение трех часов). Через определенное

Вольтамперограммы, получаемые методом

время (до введения препарата, через 5 или 10 мин

инверсионной вольтамперометрии, имеют опре-

после его введения) бумажный диск извлекали из

деленный вид (рис. 2) и хорошо воспроизводимы.

конъюктивального мешка, помещали на элек-

Они представляют собой зависимости тока от по-

трод с нанесенной на него тест-системой и сни-

тенциала рабочего электрода, меняющегося по

мали инверсионные вольтамперограммы.

линейному закону во времени. Регистрируемые

Статистическую обработку результатов прово-

пики соответствуют окислению разных металлов,

дили в пакете программ Statistica 6.0.

входящих в тест-систему. Введение в тест-систе-

му анализируемых органических веществ приво-

дит к изменению спектра вольтамперограмм. Эти

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

изменения характерны для каждого из органиче-

Влияние наропина, хирокаина и лидокаина на

ских веществ (или смеси веществ), что позволяет

тест-систему. Было исследовано воздействие на

проводить их идентификацию.

тест-систему трех анестетических препаратов -

Полученная вольтамперограмма разбивается

наропина, хирокаина и лидокаина. Состав ука-

на N участков, количество которых зависит от

занных препаратов близок по основному действу-

сложности исследуемой системы. Таким образом

ющему веществу: это местные анестетики, пред-

формируется N-мерный образ объекта.

ставляющие собой фармакологическую группу

амидов. На рис. 1 приведены фоновая вольтампе-

При проведении испытаний на планарные

рограмма и вольтамперограммы, полученные для

электроды наносили 50 мкл тест-системы и сни-

наропина в различных концентрациях. В случае

мали фоновую инверсионную вольтамперограм-

хирокаина и лидокаина вольтамперограммы име-

му при потенциале катодного осаждения метал-

ют примерно такой же вид и поэтому не приво-

лов -1.55 В относительно хлорсеребряного элек-

дятся. Все данные по воздействию на тест-систе-

трода с последующей разверткой потенциала до

му наропина, хирокаина и лидокаина обобщены в

0.3 В. Затем на электрод помещали 50 мкл свежего

табл. 1.

раствора тест-систем и диск из пористого матери-

ала (фильтровальной бумаги) с нанесенным на

Можно видеть, что в присутствии всех изучен-

него тем или иным препаратом в различной кон-

ных анестетиков токи ионов металлов, входящих

центрации и снова снимали инверсионные

в тест-систему, изменяются в разной степени в

вольтамперограммы.

зависимости от концентрации анестетика: с ро-

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

1214

БАЛАШОВА и др.

Таблица 1. Влияние изучаемых анестетиков на тест-систему

Пики токов растворения металлов, мкА

Концентрация

Анестетик

анестетика, %

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

0.125 ∙ 10^-3

0.250 ∙ 10^-3

Наропин

0.375 ∙ 10^-3

0.500 ∙ 10^-3

0.125 ∙ 10^-3

0.250 ∙ 10^-3

Хирокаин

0.375 ∙ 10^-3

0.500 ∙ 10^-3

0.125 ∙ 10^-3

0.250 ∙ 10^-3

Лидокаин

0.375 ∙ 10^-3

0.500 ∙ 10^-3

12.5

стом концентрации ток иона ртути возрастает, а у

Следует отметить, что при введении препара-

остальных металлов - уменьшается.

тов ретробульбарно их действие на слезную жид-

кость и, следовательно, на пики токов сильнее,

Наиболее заметно изменение тока ионов кад-

чем при введении препаратов инфраорбитально

мия - от 50 до 20 мкА в исследованном диапазоне

(р < 0.05).

концентраций анестетиков, причем в равной сте-

Анализ слезной жидкости пациентов с сочетан-

пени для всех изученных анестетиков. Следова-

ными катарактой и глаукомой. Больные еще одной

тельно, в дальнейшем достаточно ограничиться

группы (в количестве десяти человек) кроме ката-

изучением влияния слезной жидкости пациентов

ракты имели сопутствующую глаукому. Им перед

только на эти ионы.

операцией вводили противоглаукомный препа-

Анализ слезной жидкости пациентов после ин-

рат

«Азаргу» (Azarga®, Novartis Pharma AG,

фраорбитального введения анестетиков. Группа

Швейцария) и затем через 30 мин проводили ин-

пациентов, поступивших на операцию по поводу

стилляцию одного из анестетиков. Поэтому на

катаракты, которым вводили анестетики инфра-

следующем этапе методом мультисенсорной ин-

орбитально, состояла из одиннадцати человек:

версионной вольтамперометрии было изучено

троим из них вводили наропин, еще троим - хи-

действие препарата «Азарга» на используемую

рокаин, пятерым - лидокаин. Далее был произве-

нами тест-систему и ее возможное влияние при

ден отбор образцов слезной жидкости, как описа-

инфраорбитальном или ретробульбарном введе-

но в разделе «Материалы и методы». Результаты

нии анестетиков.

анализа методом мультисенсорной инверсион-

На рис. 2 приведены фоновая вольтамперо-

ной вольтамперометрии образцов слезной жид-

грамма и вольтамперограммы, демонстрирую-

кости пациентов этой группы представлены в

щие действие препарата «Азарга» в различной

табл. 2.

концентрации на используемую нами тест-систе-

му, а в табл. 4 - соответствующие численные дан-

Анализ слезной жидкости пациентов после ре-

ные.

тробульбарного введения анестетиков. Данная

группа пациентов, поступивших на операцию по

Результаты анализа образцов слезной жидко-

поводу катаракты, состояла из двенадцати чело-

сти пациентов с сочетанными катарактой и глау-

век: четверым из них вводили наропин, троим -

комой после инстилляции им препарата «Азарга»

хирокаин, пятерым - лидокаин. Результаты ана-

и последующего инфраорбитального введения

лиза образцов слезной жидкости пациентов дан-

анестетиков (всего 4 пациента) представлены в

ной группы представлены в табл. 3.

табл. 5, а после последующего ретробульбарного

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

ОПРЕДЕЛЕНИЕ В СЛЕЗНОЙ ЖИДКОСТИ ПРЕПАРАТОВ

1215

Таблица 2. Влияние на слезную жидкость анестетиков после их инфраорбитального введения

Время отбора

Пики токов растворения металлов, мкА

Анестетик

пробы

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

До введения

33,0

32,2

32,0

19,8

препарата

Лидокаин

Через 5 мин после

1,6

21,2

20,0

(5 пациентов)

введения

Через 10 мин

20,5

после введения

До введения

31,0

21,0

препарата

Наропин

Через 5 мин после

26,0

(3 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

До введения

25,4

31,0

21,0

препарата

Хирокаин

Через 5 мин после

1,6

25,0

(3 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

Таблица 3. Влияние на слезную жидкость анестетиков после их ретробульбарного введения

Пики токов растворения металлов, мкА

Время отбора

Анестетик

пробы

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

До введения

21,4

31,0

21,0

препарата

Лидокаин

Через 5 мин после

1,6

(5 пациентов)

введения

Через 10 мин

после введения

До введения

31,0

препарата

Наропин

Через 5 мин после

1,6

19,0

(4 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

До введения

21,4

25,0

17,0

препарата

Хирокаин

Через 5 мин после

1,6

(3 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

1216

БАЛАШОВА и др.

Таблица 4. Влияние на тест-систему препарата «Азарга» в различной концентрации

Пики токов растворения металлов, мкА

Концентрация препарата «Азарга»

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

0.5%

21,0

0.10%

26,0

0.15%

0.20%

1,5

Таблица 5. Влияние анестетиков на слезную жидкость при инфраорбитальном введении через 30 мин после

инстилляции препарата «Азарга»

Время отбора

Пики токов растворения металлов, мкА

Анестетик

пробы

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

До введения

16,0

препарата

Наропин

Через 5 мин после

(2 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

До введения

18,0

19,0

препарата

Хирокаин

Через 5 мин после

19,0

(2 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

Таблица 6. Влияние анестетиков на слезную жидкость при ретробульбарном введении через 30 мин после

инстилляции препарата «Азарга»

Пики токов растворения металлов, мкА

Время отбора

Анестетик

пробы

Фон

70,0

50,2

40,0

52,8

До введения

16,0

препарата

Наропин

Через 5 мин после

(3 пациента)

введения

Через 10 мин

21,6

после введения

До введения

18,0

19,0

препарата

Хирокаин

Через 5 мин после

18,0

(3 пациента)

введения

Через 10 мин

после введения

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

ОПРЕДЕЛЕНИЕ В СЛЕЗНОЙ ЖИДКОСТИ ПРЕПАРАТОВ

1217

Рис. 3. Влияние на тест-систему препарата «Азарга» в различной концентрации: 1 - тест-система, 2 - 0.05%, 3 - 0.10%, 4 -

0.15%, 5 - 0.20% (на электроде).

введения анестетиков (всего 6 пациентов) - в

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

табл. 6.

Все процедуры с участием пациентов соответ-

Полученные данные показывают, что инстил-

ствовали этическим стандартам Хельсинкской

ляция препарата «Азарга» снижает действие слез-

декларации 1964 г. и ее последующим изменени-

ной жидкости на тест-систему, а последующее

ям. От участников исследования было получено

введение препаратов-анестетиков практически

информированное добровольное согласие.

не оказывает дополнительного влияния.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВЫВОДЫ

1. А. П. Нестеров, Глаукома (Медицинское

1. Показано, что методом мультисенсорной

информационное агенство, М., 2014).

инверсионной вольтамперометрии возможно

определение анестезиологических препаратов в

2. В. Н. Андреев, В. М. Ганшин, А. Н. Доронин и

слезной жидкости.

В. П. Луковцев, Патент РФ № 2375705, опубл.

10.12.2009.

2. Показано, что при введении препаратов ре-

тробульбарно их действие на слезную жидкость

3. В. П. Луковцев, А. Н. Доронин, В. А. Семенова и

сильнее, чем при введении препаратов инфраор-

В. М. Ганшин, Электрохимия 45 (7), 869 (2009).

битально.

4. И. И. Колесниченко, А. Л. Клюев, В. М. Ганшин и

др., Физикохимия поверхности и защита материа-

3. Инстилляция препарата «Азарга» снижает

лов 50 (4), 440 (2014).

действие слезной жидкости на тест-систему, но

практически не влияет на вводимые препараты-

5. И. И. Колесниченко, Е. П. Кантаржи и А. Н. Доро-

анестетики.

нин, в сб. Труды 6-й Всероссийской науч.-практич.

конф. «Измерения в современном мире - 2017» (СПб-

4. Отмечается, что различные анестезиологи-

ПУ, СПб., 2017), сс. 33-37.

ческие препараты (наропин, хирокаин и лидока-

ин) мало отличаются по своему действию на пики

6. Л. М. Балашова, И. И. Колеcниченко и Е. П. Кан-

токов ионов кадмия (р > 0,05)

таpжи, Клин. геpонтология 23 (9-10), 6 (2017).

7. Л. М. Балашова, В. А. Намиот, И. И. Колеcничен-

ко и др., Биофизика 63 (4), 825 (2018).

8. Л. М. Балашова, И. И. Колеcниченко, В. А. На-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

миот и др., Биофизика 64 (6), 1088 (2019).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

9. I. I. Kolesnichenko, L. M. Balachova, and E. P. Kan-

интересов.

tarzhi, Am. J. Anal. Chem. 7 (7), 588 (2016).

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020

1218

БАЛАШОВА и др.

Determination of Anesthetics Used for Adult Ophthalmology in Tear Fluids

by Multisensory Stripping Voltammetry Method

L.M. Balashova*^, **, V.A. Namiot****, I.I. Kolesnichenko***, N.A. Bakunina*^, **,

L.S. Korobova*^,**, A.N. Doronin***, I.A. Balashov*, D.R. Cherkashin*, and S.N. Udaltsov*****

** Pirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Healthcare of the Russian Federation,

ul. Ostrovitianova 1, Moscow, 117997 Russia

***Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1, Moscow, 119991 Russia

**** Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences,

Leninskiy prosp. 31/14, Moscow, 119071 Russia

*****Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”,

Institutskaya ul. 2, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

An assessment of the dynamics of the change of anesthetic concentration in relation to time in the tear fluid

is needed to understand the efficient doses for ophthalmologic surgery during anesthesia. The paper describes

the examples of determination of local anesthetics - naropine, chirocaine and lidocaine used for ophthalmo-

logic surgery by means of multisensor stripping voltammetry. The behavior of these anesthetics in the tear flu-

ids of patients with concomitant glaucoma during phacoemulsification surgery was studied.

Keywords: multisensory stripping voltammetry, planar electrodes, naropin, chirocaine, lidocaine, local anesthesia,

ophthalmology

БИОФИЗИКА том 65

№ 6

2020