Изобретение касается контрастного вещества, в частности, неионогенного рентгено-контрастного вещества.
Контрастное вещество может быть введено в процессе получения изображения в медицине, например, рентгеновского, магнито-резонансного или ультразвукового изображения, чтобы повысить контраст в изображениях объекта, обычно в организме человека или животного. Повышенный контраст позволяет более четко наблюдать или идентифицировать различные органы, типы тканей или отделы организма. При получении рентгеновского изображения контрастное вещество модифицирует адсорбционные характеристики рентгеновских лучей в частях организма, в которых оно распределено. Контрастное вещество для магнитного резонанса обычно модифицирует периоды релаксации Т1 и Т2 ядер, обычно протонов воды, от резонансных сигналов, которые генерируют изображение, и ультразвуковое контрастное вещество модифицирует скорость звука или плотность в частях организма, в которых оно распределено.
Ясно, что полезность материала в качестве контрастного вещества в большей степени определяется его токсичностью и любыми другими побочными действиями, которые оно может оказать на субъекта, которому оно введено. Поскольку такие вещества традиционного используют для диагностических целей скорее, чем для достижения прямого терапевтического действия, то при разработке новых контрастных веществ и имеется общее желание разработать вещества, оказывающие возможно меньшее действие на различные биологические механизмы клеток или организма, так как это как правило приводят к снижению токсичности для животных и уменьшению побочных клинических эффектов.
В токсичность и побочные действия, вызванные контрастными веществами, вносят свой вклад компоненты контрастной среды, например, растворитель или носитель, а равно как и само контрастное средство и его компоненты (например, ионы где вещество является ионогенным) и метаболиты.
Идентифицированы следующие основные факторы, привносящие свой вклад в токсичность и побочные эффекты от контрастного вещества:
хемотоксичность контрастного вещества;
осмотичность контрастной среды;
ионный состав (или его отсутствие) контрастной среды.
Так, например, в антиографии коронарных сосудов и сердца инъекция в систему кровообращения связана с некоторыми серьезными побочными эффектами на функцию сердца, настолько существенными, что налагают ограничения на использование в антиографии определенных контрастных веществ.
В этом процессе болюс контрастного вещества, а не кровь протекает по системе кровообращения и различия в химической и физиохимической природе контрастного вещества и крови, которую оно временно замещает, могут вызвать нежелательные эффекты, например, аритмию, QT пролонгирование и в особенности снижение сократительной силы сердечной мышцы, а также мерцание желудочков.
Контрастные вещества разделяются обычно на две группы, так называемые ионогенные и неионогенные контрастные вещества. В них контрастное средство в растворе находится соответственно в ионной форме или в форме частиц.
Большинство традиционных рентгеноконтрастных веществ содержит в качестве контрастного средства иодсодержащие материал. (Иод имеет относительно высокий атомный вес и, следовательно, относительно большое сечение рентгеновских лучей).
Так контрастное вещество, используемое в антиографии, может иметь концентрацию иода порядка 250-450 мг иода на миллилитр, и в этом интервале концентрации ионогенные контрастные средства с коэффициентом контрастности 1,5 (такие, как диатризоат, иоталамат, иокситаламат, иодамид и метризоат) имеют осмотичность в 5-9 раз выше таковой для нормальной плазмы человека, ионогенные контрастные средства с коэффициентом контрастности 3 (например, иоксаглат) или неионоактивные контрастные средства с коэффициентом контрастности 3,0 (например, метризамид, иопромид, иопентол, иопамидол и иогексол), осмотичность около половины и неионогенные контрастные средства с коэффициентом контрастности 6,0 (например, иотриолан и иодиксанол) имеют осмотичность около одной четверти от значения для контрастных веществ с коэффициентом контрастности 1,5 для ионогенных контрастных средств при той же самой концентрации иода. Неионогенные контрастные средства с коэффициентом контрастности 6,0 могут быть также использованы при концентрациях иода, когда они являются гипотоническими, так что и ионы нормальной плазмы и другие традиционные осмоактивные средства могут быть добавлены для получения изотоничности с нормальной плазмой.
Под "коэффициентом контрастности 3,0" предусматривается то, что отношение атомов иода к частицам контрастного средства (т.е. ионам или молекулам) равно трем. Контрастные средства ионогенной природы с коэффициентом контрастности 1,5 и неионоактивные контрастные средства с коэффициентом контрастности 3,0 обычно содержат одну триидофенильную часть молекулы, и ионоактивные контрастные средства с коэффициентом контрастности 3,0 и неионогенные контрастные средства с коэффициентом контрастности 6,0 обычно содержат две трииодофенильных части молекулы.
Таким образом, при концентрациях иода, например, 250 мг иода на мл рентгеноконтрастные вещества будут по большей части гипертоническими. Эта гипертоничность вызывает осмотические действия, такие как истечение воды из красных кровяных клеток, клеток эндотелия, сердечной мышцы и клеток мышц кровеносных сосудов. Потеря воды делает красные кровяные клетки ригидными и гипертоничность, хемотоксичность и неоптимальный состав ионов отдельно или вместе снижают сократительную силу клеточных мышц и вызывают расширение мелких кровеносных сосудов и в результате падение кровяного давления.
Таким образом, имеет место общее нежелание добавлять ионы к изотоническим или уже гипертоническим контрастным веществам, так как это приведет к увеличению гипертоничности и, таким образом, к увеличению осмотических побочных явлений.
Однако как было упомянуто выше, важным фактором вклада в токсичность и вредные действия контрастных веществ является ионный состав или общее отсутствие ионов в контрастных веществах. Необходимо, чтобы ионогенное контрастное вещество содержало противоионы, обычно противокатионы, к кодированным ионам, которые обычно являются анионами. Проведено достаточно исследований среди катионоактивных соединений этих ионоактивных контрастных веществ, и хотя коммерчески наиболее доступными катионами чаще являются натрий (Na+) и/или меглумин (Meg+), но ионы плазмы, такие как ионы кальция, калия и магния также могут быть включены.
Итак, если в общем принято считать, что снижение сократительной силы сердечной мышцы более сильно происходит при увеличении концентрации ионов, то результаты Алмена (Almen, Acta Radidogica Diagnosis, 17:439-448 1976 в модельных экспериментах на вене крыла летучей мыши для демонстрации влияния контрастных веществ на сократительную способность гладкой мышцы наводят на мысль о том, что отсутствие катионов нормальной плазмы (т.е. катионов натрия, калия, магния и кальция) в концентрациях ионов нормальной плазмы отрицательно влияет на сократительную способность мышц. Результаты Симона и соавторов ( Simson et al, AJR 114:810-816, 1972) в исследованиях с ионоактивными контрастными веществами на основе диатризоата обоснованно утверждают, что имеется опасность фабрилляции желудочков при проведении коронарной ангиографии в том случае, если концентрация ионов натрия в контрастных веществах падает ниже уровней нормальной плазмы, например, ниже 70 ммоль/л. Дальнейшее исследование показало, что фибрилляция желудочков появляется, если концентрации ионов натрия в контрастных веществах падают ниже примерно 3,2-2,6 ммоль/л (Moris, Investigative Radiology 23:127-129, 1988).
Имеются опасения того, что проявление желудочковой фибрилляции при использовании неионоактивных контрастных веществ может быть приемлемо высоким (Piao etal, Investigative Radiology, 23:466-470, 1988).
Было установлено, что при добавлении ионов кальция и магния к ионоактивным контрастным средствам, содержащим катионы натрия и меглумина, воздействие на гематоэнцефалический барьер может быть снижено и также уменьшена острая внутривенная токсичность у животных.
Однако в то время как исследования показали, что добавление ионов плазмы в рентгеноконтрастным веществам может изменить биологические действия таких веществ, признано, как упомянуто выше, что всякое добавление ионов к гипертоническим составам будет увеличивать гипертоничность и, как результат -усиливать осмотические явления.
Следовательно, если литературные источники показывают, что опасность фибрилляции желудочков с неионоактивными контрастными веществами может быть уменьшена введением в такие вещества низких концентраций ионов натрия и, нежелательное снижение сократительной силы мышечных клеток может быть уменьшено включением концентраций ионов нормальной плазмы то те же литературные источники не приходят к согласию в отношении оптимального содержания катионов в контрастных веществах.
Более ранние исследования показали, также что присутствие ионов натрия в контрастных веществах приводит к снижению образования агрегатов красных кровяных клеток в крови человека, а также к понижению агрегации эритроцитов. Цукер и соавторы (Zucker etal. Investigative Radiology, 23:340-345, 1988) полагали, что неионоактиное рентгеноконтрастное вещество иогексол может быть приготовлено с содержанием натрия, например, добавленного как хлористый натрий, в концентрации 15 ммоль/л, чтобы снизить агрегацию красных кровяных клеток, не вызывая одновременно неприемлемо высокого увеличения осмотичности. В литературе непоследовательные и противоречивые сведения, касающиеся оптимального катионного состава для контрастных веществ. С точки зрения осмотичности добавление катионов противопоказано там, где оно приводит к гипертоничности или к повышенной гипертоничности, однако с точки зрения избежания фибрилляции желудочков, включение, по меньшей мере, 3,2 ммоль на литр натрия представляется желательным. Более того, с точки зрения избежания чрезмерного снижения сократительной силы мышц в работе упоминавшегося выше Альмена указано на включение концентраций ионов нормальной плазмы, тогда как в работе Коцены и соавторов (Kozeny etal, Am. Heart J, 109:290, 1984) показано, что повышение концентрации ионов натрия в контрастном веществе может усилить эффект, приводящий к снижению сократительной силы, т.е. ионотропное действие, снижающее силу мышечных сокращений под влиянием контрастного вещества.
Мы неожиданно установили, что вредные последствия воздействия неионоактивных контрастных веществ могут быть уменьшены включением в контрастное вещество ионов натрия в относительно узком интервале концентраций от 20 до 60 ммоль натрия на литр, в частности, от 25 до 40 ммоль натрия/л, особенно от 26 до 36 ммоль натрия на литр и наиболее предпочтительно от 27 до 30 ммоль натрия на литр.
Изобретение частично основано на неожиданной находке, что добавление ионов натрия в относительно низких концентрациях приводит к уменьшению эффекта, снижающего силу мышечных сокращений, под влиянием контрастного вещества в сравнении с той же контрастной средой, не содержащей ионов натрия, хотя более высокие концентрации ионов натрия как уже известно, приводят к возрастающим снижениям силы мышечных сокращений.
Изобретение стало результатом частично также установления такого явления, что различные агрегации красных кровяных клеток оптимизируются при концентрациях ионов натрия в приведенном выше интервале. В этих пределах образование неустойчивых агрегатов эритроцитов, которые известны как двумерные агрегаты и которые могут рассматриваться как показатель способности красных кровяных клеток к образованию агрегатов, оптимизировано, так как при более низких концентрациях ионов натрия образование агрегатов красных кровяных клеток повышено и при более высоких концентрациях ионов натрия образование агрегатов эритроцитов повышено. Кроме того, концентрации ионов натрия в указанном выше пределе достаточны для избежания опасности фибрилляции желудочков, с которой приходится считаться при низких концентрациях ионов натрия.
Таким образом, в одном аспекте изобретение предусматривает контрастное вещество, содержащее неионоактивный агент, предпочтительно иодированное рентгеноконтрастное средство в физиологически переносимом водном носителе, отличающееся тем, что имеет концентрацию ионов натрия более 20 (например, 20,1 или выше) и до 60 ммоль на литр, предпочтительно 25-40 ммоль/л, особенно предпочтительно 26-36 ммоль/л и наиболее предпочтительно 27-30 ммоль/л при условии, что контрастное вещество содержит ионы натрия в пределе концентраций от 26 до 36 ммоль/л, предпочтительно 27-34 ммоль/л.
В предыдущем абзаце сделана ссылка на рентгеноконтрастный агент неионоактивной природы, называемый иоверзолом: эта ссылка сделана ввиду публикации Ральстоном и соавторами (Ralston etal, Investigative Radiology, 23: с. 140-143, 1988), в которой описаны экспериментальные растворы, содержащие иоверзол и 12,4, 25,6, 38,5, 77 и 144 ммоль/л ионов натрия. Ральстон и соавторы исследовали влияние натрия на потенциал желудочковой фибрилляции, обусловленной иоверзолом, и установили, что добавление натрия к иоверзолу обычно снижает предрасположенность к спонтанной фибрилляции желудочков у собак. Результаты ральстона и соавторов не раскрывают, однако, оптимальной концентрации ионов натрия в пределах от 20 до 60 ммоль на литр, допускают только оптимальную концентрацию в более предпочтительном интервале 27-30 ммоль/л.
В эффективности изобретения лежит определение того, что отрицательные явления, повышенной осмотичности, возникшей в результате введения неионоактивного рентгеноконтрастного вещества с концентрацией ионов натрия за пределом 20-60 ммоль на литр, перекрываются полученными положительными факторами, а именно:
появление фибрилляции желудочков меньше, чем при более низких концентрациях натрия;
снижение силы мышечного сокращения меньше, чем при более высоких, так и при более низких концентрациях ионов натрия;
Образование агрегатов красных кровяных клеток меньше чем при более низких концентрациях натрия;
образование пойкилоцитов меньше, чем при более высоких концентрациях ионов натрия;
образование неустойчивых агрегатов эритроцитов больше, чем как при более низких, так и при более высоких концентрациях ионов натрия.
Изобретение особенно применимо к рентгеноконтрастным веществам, содержащим контрастный агент с коэффициентом контрастности 3,0, такой, как, например, из числа упоминающихся ранее.
Контрастные вещества согласно изобретению, где они содержат иодированные контрастные агенты, будет предпочтительно содержать такие агенты в концентрациях, по меньшей мере, 100 мг иона на мл, например, 150 500 мг иода на мл, особенно предпочтительно 200 350 мг иода на мл. Кроме того, если общее ограничение применимо в том, что отклонение от изотоничности должно быть по возможности минимальным, то обычно предпочтительно, чтобы осмотичность контрастных веществ согласно изобретению была менее одного осм/кг воды, особенно предпочтительно 850 мл осм/л или менее.
Ионы натрия обычно могут быть введены в контрастные вещества согласно изобретению в форме солей натрия с физиологически переносимыми противоионами. Особенно подходящие противоионы включают анионы плазмы, такие как ионы хлоридов, фосфатов и кислых карбонатов. Однако натрий альтернативно может быть инкорпорирован, по меньшей мере, частично в форме соли физиологически переносимого хелатного агента, например, элеата натрия или эдетата динатрийкальция (например, чтобы внести от 0,5 до 1,5 ммоль натрия на литр в общей концентрации иодов натрия, не нарушая баланса кальция в плазме. Кроме того, ионы натрия в рентгеноконтрастные вещества согласно изобретению могут быть введены другие физиологически переносимые катионы. Поэтому контрастные вещества согласно изобретению удобно могут быть приготовлены добавлением к существующим контрастным веществам солей натрия либо в форме твердого вещества или уже в растворе или в смесях натрий содержащих солей или в их растворах.
Изобретение также предусматривает способ получения контрастных веществ, включающий смешение, необязательно после диспергирования в физиологически переносимом водном носителе, неионоактивного контрастного агента и источника ионов натрия и, если необходимо, разбавление полученной при этом смеси, чтобы получить контрастное вещество, имеющее концентрацию ионов натрия больше 20 ммоль на литр до 60 ммоль на литр или от 26 до 36 ммоль/л, при этом контрастным агентом является иоферзол.
Контрастные вещества согласно изобретению особенно подходящие для внутрисосудистого введения и, в особенности, для получения изображения сердца и сосудов сердца. Таким образом, изобретение предусматривает использование неионоактивного контрастного агента и физиологически переносимой соли натрия или ее раствора в физиологически переносимом растворителе, например, воде для инъекций, для получения контрастного вещества согласно изобретению для использования в контрастирования сердца.
Следует заметить, что по предварительным результатам, полученным в настоящее время для контрастных веществ, содержащих иодиксанол или иогексанол, введением от 0,3 до 0,6 ммоль кальция 2+ на литр или около 0,2 ммоль Ca2+/л можно достичь дальнейшего улучшения характеристик контрастных веществ.
На фиг. 1-3 представлены графики, иллюстрирующие снижение силы мышечных сокращений сердца кролика от концентрации ионов натрия после инфузии иогексола или иопентола или без добавленного натрия.
Исследование влияния добавок натрия к неионоактивному контрастному веществу на силу сердечных сокращений.
Сердца кроликов получали от кроликов обоего пола (весом 2,2-4,2 кг), которых анестезировали пентабарбитоном внутривенно (Mebumal Vet. ACO) и гепаринизировали (гепарин, Kabi Vitrum, 1000 международных единиц на кг). Сердце, легкие и аорту быстро удаляли и помещали в чашу, содержащую насыщенный кислородом раствор Кребса с добавленной глюкозой 11,0 ммолей/л и сахарозой 12,0 ммолей/л, либо при 4oC или при 37oC. Затем сердце монтировали на полиэтиленовом катетере по методу Лангендорфа под давлением 900 мм водяного столба. Сердце перфузировали раствором Кребса, насыщенным смесью 95% кислорода и 5% углекислого газа при температуре 37oC.
Перфузионная жидкость поступала из контейнера через две параллельные пластиковые трубки, соединенные т-образным клапаном с катетером аорты как раз над его вхождением в восходящую аорту. Т образный клапан включен так, что соединение между одной из двух пластмассовых трубок и катетером аорты перекрыто. Экспериментальный раствор был затем инъецирован в закрытую трубку, в то время как перфузионная жидкость одновременно проходила по второй трубке. Затем Т-образный клапан включали так, что течение перфузионной жидкости к катетеру аорты прекращалось и начиналось течение экспериментального раствора.
Тензометрический датчик (Dept. of Medical Technology Malmo Jeneral Hospital) был пришит к стенке левого желудочка для измерения силы сокращения миокарда. Мингограф 800 (Elsma Schonander) был использован для записи показаний. Силу сокращения измеряли как минимальную сократительную силу после инфузии контрастного вещества как процент силы сокращения непосредственно перед каждой инфузией.
Были проведены следующие исследования.
1. Иогексол (300 мг иода в миллилитре) разбавляли маточными растворами хлористого натрия до достижения концентрации иода 150 мк/мл. Маточные растворы содержали хлористый натрий в концентрациях, так чтобы конечная контрастная среда содержала бы 0, 19, 25, 38,5, 57,75, 77 или 154 ммоль натрия на литр. Каждое из 15 сердец инфузировали 7,5 мл каждого из 6 контрастных веществ в без особой системы: т.е. в общем 90 инфузий.
2. К иогексолу (300 мг иода/мл) и иопентолу (300 мг иода, мл) добавляли 0,29 или 77 ммоль/л хлористого натрия в твердой фазе. Каждое из 15 сердец инфузировали каждой из 6 контрастных веществ без системы, т.е. в общем 90 инфузий.
3. К иопентолу (350 мг иода/мл) добавляли хлористый натрий в воде твердого вещества 0, 19, 25, 38,5, 57,75 или 77 ммоль натрия/л. Каждое из 15 сердец инфузировали 5 мл каждого из 5 контрастных веществ в произвольном порядке.
Контрастные вещества инфузировали при 37oC с 10-минутными интервалами.
Тест определения порядка величин Вилькоксона использовали для статистического анализа.
Значение для p меньше 0,05 расценивалось как значительное.
Уменьшение силы сокращения (среднее уменьшение и интерквартильный интервал) наблюдали после инфузии 15 сердец 7,5 мл иогексола (150 мг иода/мл с 0, 19,25, 38,5, 57,75, 77 и 154 ммоль/л ионов натрия (добавленного как хлористый натрий) (фиг.1). Все контрастные вещества вызывали уменьшение силы мышечного сокращения, но это уменьшение неожиданно снижено при концентрациях ионов натрия в интервале от 20 до 60 ммоль/л.
Ослабление силы сокращения мышц (среднее значение и интерквартильный интервал) после инфузии 15 сердец иогексолом 300 мг иода/мл) 0, 29 и 77 ммоль/л ионов натрия (добавленного в форме хлористого натрия) (фиг.2). Значительно меньшее снижение силы сокращения было вызвано контрастным веществом, содержащим 29 ммоль ионов натрия в литре в сравнении с контрастными веществами, содержащими 0 или 77 ммоль ионов натрия в литре.
Уменьшение силы сокращения (среднее уменьшение и интерквартильный интервал) после инфузии 13 сердец 5 мл иопентола (350 мг иода/мл) с 0, 19,25, 38,5, 57,75 и 77 ммоль ионов натрия в литре, добавленными как хлористый натрий (фиг.3).
Исследование влияния контрастных веществ с добавлением натрия на агрегацию клеток крови.
Влияние введения ионов натрия в контрастные вещества согласно изобретению на агрегацию клеток крови исследовали следующим образом.
Одну часть крови человека добавляли к трем частям контрастного вещества, содержащего иогексол (300 мг иода/мл) и 0, 18,8, 23,4, 32,8 или 37,5 ммоль натрия на литр 3 (добавляли как хлористый натрий). Это проделали на образцах крови от 10 до 29 добровольцев. Определяли степень агрегации клеток и образования неустойчивых агрегатов эритроцитов и результаты для различных концентраций ионов натрия представлены в табл. 1 3.
Оценивая агрегаты красных клеток крови, их разделили на три категории: a) мало агрегатов (от 0 до 20% красных клеток крови были в агрегатах); b) среднее число агрегатов красных клеток крови (от 20 до 70% красных клеток крови были в агрегатах); c) много агрегатов (когда более 70% клеток красной крови были в агрегатах).
Из табл. 1-3 ясно, что образование неустойчивых агрегатов эритроцитов достигает максимума примерно при 28,1 ммоль Na+/л ионов натрия.
Пример 1. Композиция (контрастное вещество)
оигексол (300 мг иода/мл)
хлористый натрий до 28 ммоль Na+/л.
Твердый хлористый натрий растворяли в иогексоле для получения желаемой концентрации ионов натрия.
Иогексол получен от Nycomed A.S. под товарным названием Omnipague.
Пример 2. Контрастное вещество
Композиция: иопентол (350 Мг иода/мл, получен от Nycomd A.S.) дистиллированная вода раствор хлористого натрия до 32 ммоль Na+/л.
Иопентол (350 мг иода/мл) разбавляли дистиллированной водой до 280 иода на мл, после чего в дистиллированной воде растворителя хлористый натрий и добавляли, чтобы довести концентрацию иода до 200 мг иода/мл и концентрацию ионов натрия до 32 ммоль Na+/л.
Пример 3. Контрастная среда
Композиция: иогексол (300 мг иода/мл) раствор хлористого натрия до 150 мг иода/мл и 26 ммоль Na+/л.
Иогексол, полученный под товарным названием Omnipaque
разбавляли с раствором хлористого натрия в дистиллированной воде до содержания концентрации иода 150 мг/мл и концентрации ионов натрия 26 ммоль/л.
Пример 4. Контрастное вещество.
Состав: иоверзол (300 мг иода/мл) хлористый натрий до 28 ммоль/л.
Хлористый натрий растворяли в иовезоле (получен от Mallincxrodt, Inc.) до концентрации 28 ммоль/л.
Использование: в области медицины, в частности в рентгенологии, магниторезонансном и ультразвуковом исследованиях. Сущность изобретения: получают контрастное средство, содержащее неионогенное контрастное средство путем введения ионов натрия в пределах 20-60 ммоль/л, при условии, когда используют цитрат натрия, ионы натрия берут в пределах 25-60 ммоль/л, а при использовании в качестве контрастного вещества иоверзол, ионы натрия вводят в количестве достаточном для получения концентрации ионов 26-36 ммоль/л. Данное средство содержит иодированное контрастное вещество с коэффициентом контрастности 3 или 6 и концентрацией иода 100 мг/мл. Кроме того, средство имеет осмотичность менее 1 осм/кг воды и содержит физиологически приемлемые катионы. Средство обладает повышенной контрастностью. 4 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.
| Ralston et al | |||
| Investigative Radiology, 1988, v.23, p.140-143. |
