活性炭在醫藥上的應用
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活性炭是一種黑色多孔的固體炭質。經起源環保了解,早期的活性炭由木材、硬果殼或獸骨等經過炭化、活化制得,后改用煤通過粉碎、成型或用均勻的煤粒經炭化、活化生產。主要成分為碳,同時含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素。活性炭具有發達的孔隙結構、較大的表面積、豐富的表面化學基團,及特異性吸附能力較強,廣泛應用在我們的日常生活中,醫藥方面表現更是十分優異。活性炭是一種具有豐富孔隙結構與巨大比表面積的碳基吸附材料,其主要特點是吸附能力強,化學穩定性好,力學強度高,生物相容性佳,無毒副作用,方便再生循環利用。
盡管現代科技確實是發展的非常迅速,但是仍然有很多領域是現代科技也無法企及的,這就是科學家們目前正在努力研究的方向。其中在所有的科技領域當中,我一直都認為,十分重要的就是醫藥領域,因為只有醫藥領域發展強大了,我們的健康才有保障。
當然,現代醫學其實已經很強了,很多以往難以解決的毛病,在如今已經能夠通過科學的手段去解決了。今天筆者就想跟大家聊一聊,活性炭在醫藥行業當中的應用,為什么會有專家說:活性炭與醫藥行業一榮俱榮一損俱損。
簡單介紹一下活性炭,和木炭之類的是有很大的差異的,它并不是一種以熱值燃燒為主要用途的東西。相反,活性炭的應用范圍不僅跟火沒有關系,反而經常跟水打交道。
作為一種廣譜解毒劑和藥物成分,活性炭很早就被世界衛生組織列入基本藥物清單當中。因為活性炭具有非常豐富的孔隙結構,因此它可以吸附消化道內的毒素,還有我們腸道內的一些導致脹氣的氣體。
可能很多人都不敢想象,活性炭作為“炭”,它怎么會和藥聯系在一起的?除此之外,活性炭還經常被用來凈化血液以及當作抗癌藥的載體。活性炭的化學性質非常穩定,這也是它在醫藥行業當中被廣泛應用的主要原因。
當然,活性炭在醫藥行業的應用還遠遠不止這些,這也是為什么專家會說醫藥行業和活性炭一榮俱榮一損俱損。如果活性炭工業能夠有更大的突破的話,對醫藥行業也能夠起到一個很大的促進作用。同時活性炭本身作為處理污染的功臣,更是助力環境回歸起源。
藥用活性炭是一種新型活性炭,專門用于制藥領域。主要用于制藥過程中溶液的脫色和吸附溶液中的雜質與小分子重金屬,是去除熱原十分常用的手段。這種活性炭通常被應用于藥用領域,所以被人們稱作‘藥用活性炭’它的特點就是脫色速度快,吸附能力強,內孔隙結構發達,孔隙粗大等特點,能夠有效的吸附藥水中的色素,便且降低藥水的雜質,而不影響藥水的其它成分濃度和藥性。本產品是以高品質木材為原料,外形為粉末狀,經高溫炭化、活化及多種工序精制而成木質活性炭,具有比表面積大,活性高,微孔發達,脫色力強,孔隙結構較大等特點,孔隙結構大,能有較吸附液體中的顏色等較大的各種物質、雜質。主要用于制藥。
木質粉末活性炭(藥用級)木質粉狀活性炭廠家生產的木質粉狀活性炭主要應用于:維生素C及其它原料藥的脫色,脫色力強、濾速快、適用于醫藥、農藥、中西原藥的脫色、精制。并具有吸收腸道病菌、解毒作用。粉狀活性炭以高品質木炭為原料,經特殊生產工藝精制而成,有物理法、化學法兩種。經水蒸氣活化后,精制處理,粉碎而成。本品外觀為黑色粉末狀,在一般溶液下均不溶解。無臭無味,具有表面積大吸附為強、純度高、濾速快、質量穩定,具有絮凝效應和助濾效應等特點。廣泛適用于食品、醫藥、味精化工等產品的脫色、除雜精制。也可以用于水的凈化處理。
活性炭作為優良的吸附劑,除了在急救醫學內用來口服吸附解毒,還被廣泛用來作為血液灌流用吸附劑、人造器官吸附制劑,特異性地吸附中分子物質治療某些以往的不治之癥,近年來還被用來作為藥物載體、溶質,治療惡性腫瘤并指導清掃轉移的淋巴結,以及通過調整活性炭的孔徑及其分布,可以使其吸附不同的有害物質和細菌。
我國古老的傳統醫學中即有“血見黑止,紅見黑止”的傳統炭藥止血理論。現普遍認為制炭過程中生成一定數量的碳素(活性炭)。具有吸附收斂作用。能夠促進止血過程。近幾十年來,隨著科技發展,活性炭越來越受到醫藥行業的關注,在交叉邊緣學科進展迅速。活性炭不僅吸附性能優良,孔結構在一定范圍內可控;而且生物相容性佳、無毒副作用,以往臨床上主要口服用于止瀉和防止毒物吸收,隨著血液灌流用吸附劑、人造器官吸附制劑發展,特異性地吸附中分子物質治療各種疾病,即用活性炭作載體,吸附一些首過作用強、半衰期短、對正常細胞損害大、易成癮(如抗癌、化療、鎮痛)的藥物,達到緩慢釋放藥物,提高治療效果的目的。
活性炭是一種非極性吸附劑,具有很大的比表面積(500~3000m2/g)和發達的孔隙。吸附質與活性炭之間主要通過范德華力結合。不同的物質被吸附的最小孔隙不同(見表1)。經典的容積充填理論(TVFM)認為:活性炭孔徑與吸附質分子大小之間有著匹配的問題,起吸附作用的孔隙主要是吸附質分子大小2~3倍的孔。孔隙過大,吸附質不能在孔中保留;孔隙太小,吸附質不能進人入孔中,只有當活性炭中適合吸附質分子被吸附的孔隙占的比例越大,對該吸附質的吸附量就越大。而決定活性炭孔隙結構的因素很多,如:原材料、活化方法、活化條件及后處理技術等。通常,活性炭的孔徑分布在1~100nm范圍內,起吸附作用的孔隙主要集中在1~10nm,因而有利于分子量70~1000范圍內中等有機分子的吸附。
同時吸附質分子的性質是決定活性炭吸附能力的另一方面。對于無機化合物,活性炭表現出的吸附能力差異較大;強電解質的鹽如NaCl、KNO3等基本不被吸附;非電解質的溶質如I2、HgCl2等能被很好的去除,其關鍵因素是要看溶質以中性還是以離子狀態存在。對于有機化合物,非極性越強,越有利于吸附;同一系列有機化合物中,分子量增加,越有利于被活性炭吸附;同等大小的分子(分子量),芳香族化合物比脂肪族化合物易被吸附,支鏈分子比直鏈分子易被吸附。
此外,活性炭藥用不會產生毒副作用。通常,藥用活性炭是由木質類原材料用物理法活化,經酸洗去除無機酸溶物后制得,其質量指標見表2。Nau等人曾把粉狀活性炭與動物飼料混合進行長時期動物實驗,沒有出現毒副反應;他們還把活性炭外用于動物表皮,也沒有出現異常現象印。Yatzidis曾給尿毒癥患者每天服用20~50g活性炭,4個月的臨床表明,沒有產生任何毒副反應,相反,病人的腸胃道有了明顯改善。
2.1 活性炭的解毒功能
藥品、農藥及其它化學物質的中毒事件在社會上非常普遍,處理此類事件的常用急救措施有催吐、洗胃,它們對處理一般中毒比較有效,但對稀釋后會增加毒物活性的急性中毒則非常危險,如急性洋地黃苷中毒,采用催吐或洗胃的急救措施會導致致命性心室傳導壓迫,這樣就提高了毒物的活性,危險性加大,普遍認為:催吐、洗胃可以延緩毒物的吸收速度;而Henderson研究表明,催吐洗胃很大地增加了毒物的吸收速度,這是由于催吐、洗胃后胃放空,增加了藥品農藥與胃粘膜間的接觸面積。總之,催吐、洗胃急救措施的不可預見性或低效在處理許多中毒事件時并不能令人滿意。
近年來活性炭由于能夠吸附許多種類的藥品或毒物且本身沒有毒副作用而重新引起了各國學者的重視。活性炭對不同藥品的吸附量。1975年,Dr.jay,Arena用2份活性炭,1份MgO和1份單寧酸制成的所謂的廣譜性解毒劑;但Picchidni研究表明,此類廣譜性解毒劑試管實驗結果稍低于單純的活性炭,動物實驗結果卻遠遠低于單純活性炭。為改善活性炭服用口味,超細粉狀活性炭通常與適當比例的皂土或CMC混合并添加適當量的調味品,如:糖精、櫻桃汁、山梨糖醇、蔗糖等能夠改善口味卻不減弱活性炭吸附性能的物質。
2.2 累積性疾病的治療
在人體生理環境中,代謝物質在人體內長期積累達到并超過一定限度時就會出現病狀,如:膽固醇、甘油三酯、尿酸、肌苷、尿素等分子。人體在消化吸收營養物質時,體液需要到達腸胃粘膜才可進行物質交換,并且腸胃粘膜的比表面積很大(2000m2左右),這就提供了口服活性炭治療累積性疾病的可能性。1978年,Friedman對6名患有腎功能衰竭的病人每天服用35g活性炭(分4次服用)的試驗,4~8周后的血液檢查發現,甘油三酯平均降低36%,膽固醇平均降低67%。作者進行試管實驗發現:活性炭對體液中尿酸和肌苷的去除率>80%,這對治療痛風和尿毒癥具有參考價值。
2.3 腸胃道疾病
活性炭用于治療腸胃道疾病有悠久的歷史。1978年,Chevrel做了如下臨床實驗:以60例患有腸胃疾病(腹瀉、便秘、胃脹,急性腹痛)的病人為考察對象,把30g活性炭、14gMg(HCO3)2、33g萍婆膠、100g賦形劑混合,給上述患者服用2~4周后,70%的患者康復,15%的患者明顯改善,僅有15%的患者沒有療效。Goiffon曾用吸附有毒扁豆堿的活性炭治療寄生蟲、腸感染等疾病。0.15g的I2與等量活性炭復合被認為是廣譜性腸胃抗感染藥。
2.4 血液灌流
1948年出現了第一批活性炭能從血液中有效脫除巴比妥酸鹽的廣告。雅齊吉斯用洗凈的活性炭裝灌凈化血液里的肌苷、尿酸、胍、水楊酸,巴比妥酸鹽和麥谷蛋白,動物實驗和人體實驗都顯示出很高的吸附去除率;同時也有一些不希望有的附帶現象:炭粉混入血液;紅血球、白血球、血纖維蛋白減少。不少研究者通過用與血液具有生物相容性的物質包埋活性炭成功的解決了這些問題。需要指出的是,血液灌流可治療延遲性中毒,即對進入血液中的毒物都能很好去除。包埋活性炭后,大分子(5000~10000左右的分子)進入活性炭的通道被堵死,因而去除困難。
2.5 其它
藥用活性炭在醫藥上還可用于病毒去除、藥物緩釋劑、皮膚損傷、靜脈注射、細菌吸附等。
目前歐美國家在藥用活性炭方面開展的工作較多。俄羅斯每年藥用活性炭用量為100t。由于服用活性炭能增強幼兒的抗病能力,因而他們已將每年春秋季服用活性炭作為幼兒園的常規保健措施;此外,活性炭去膽固醇能力強,可以作為心臟、心血管保健藥。我國雖然也有類似的研究,但投入的人力、物力、財力都很少,而且許多科技工作者還沒有認識到活性炭的醫用價值,愿此篇能夠引起國內同仁對藥用活性炭的重視,積極開拓活性炭在醫藥行業中的用途。
活性炭是一種黑色多孔的固體炭質。經起源環保了解,早期的活性炭由木材、硬果殼或獸骨等經過炭化、活化制得,后改用煤通過粉碎、成型或用均勻的煤粒經炭化、活化生產。主要成分為碳,同時含少量氧、氫、硫、氮、氯等元素。