摘要：
硬脂酸鎂(Mg-St)是一種常用的固體制劑潤滑劑，以其易過潤滑特性導致片劑崩解溶出延遲而聞名。本研究采用固定圓盤法、掃描電鏡能譜儀(SEM-EDS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等方法，對含Mg-St的鹽酸二甲雙胍模型片產生溶出延遲的機理進行了研究。結果揭示了延遲溶出的過程和機理:在溶出過程中，Mg-St在片劑表面的暴露量增加，且片劑的溶出受到Mg-St擴散的限制。此外，在酸性介質中，用FTIR檢測出片劑表面存在硬脂酸，分析原因可能是片劑表面的Mg-St解離成其離子，并發生氫化反應生成硬脂酸。由于硬脂酸的溶解度低于Mg-St，因此在酸性介質中的溶解速度比在中性介質中的慢。
1.簡介
硬脂酸鎂(Mg-St)是一種傳統且常用的固體劑型潤滑劑，也因其疏水性而被認為可以延緩片劑的溶出。雖然對Mg-St的作用機制和特性的研究較多，Mg-St的一些問題仍有報道，如片劑硬度下降、粘連問題、混合過度導致潤滑過度，有時會導致片劑崩解/溶解延遲。口服藥物的溶出度是一個重要的質量屬性，它會影響藥物的生物利用度和藥代動力學(PK)，最終影響藥物的有效性和安全性。因此，溶出度試驗不僅包含在常規的質量控制試驗中，而且還用于保證兩個藥品在體內溶出度的相似性，這與生物等效性(BE)有關。
當對一種品牌的500 mg鹽酸二甲雙胍片劑進行體外溶出度測試時，溶出度隨介質pH值的變化而變化，盡管鹽酸二甲雙胍的高溶解度與pH值無關，因為片劑配方中除Mg-St外的其他成分是可溶的，因此對Mg-St的性能進行了初步研究。提出了Mg-St在不同pH介質中的不同性質，以及Mg-St的分散度與被試片的溶出度之間的相關性，因此，本研究以鹽酸二甲雙胍片為原料，制備了鹽酸二甲雙胍模型片，考察了Mg-St在不同pH條件下的溶出行為，并探討了Mg-St延緩溶出的作用機理。
2. 材料與方法
2.1物料準備
2.1.1 材料
購買了鹽酸二甲雙胍500毫克規格的商用片劑，用于溶出度試驗。為了制備模型片，鹽酸二甲雙胍購自Farmhispania S.A.(西班牙巴塞羅那)，符合日本藥典(JP)、歐洲藥典(Ph.Eur.)和美國藥典(USP)的規范。它的晶體形式是已知的熱力學穩定形式。聚維酮(polyvinylpyrrolidone)購自BASF (Ludwigshafen,Germany)， Mg-St購自Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)。采用硬脂酸(>98.0%)和Mg-S作為參考紅外光譜。
2.1.2 模型片的制備
為制備濕顆粒，將9.5 g鹽酸二甲雙胍和0.5 g聚維酮混合，并逐漸加入1.5 mL水。然后，在850 μm的篩網上進行擠出造粒，濕制粒在70℃下干燥1天。隨后的顆粒用直徑為8 mm的壓片試驗機(TG-50KN, Minebea Co.， Ltd, Nagano, Japan)進行壓片。以10 mm/min的壓縮速度和13 kN的壓力制備200 mg片劑，不含mg - st(“Mg-St(-)” tablets)；在干燥的顆粒中加入1% (w/w) Mg-St，制得含1% Mg-St的片劑(“Mg-St(+)”tablets)。將顆粒混合1分鐘，在與“Mg-St(-)”片相同的條件下進行壓片操作。
2.1.3 溶出介質的配制
對于鹽酸二甲雙胍市售片的溶出度試驗，推薦的溶出介質在Ph.Eur中描述。采用不含胃蛋白酶的模擬胃液(SGF, c.a.ph 1.2)、醋酸緩沖液(c.a.ph 4.5)和磷酸鹽緩沖液(c.a.ph 6.8)。
對于其他實驗，使用JP中描述的溶解試驗的第一和第二介質(“pH 1.2”和“pH 6.8”)。還使用了pH 1.2和pH 6.8含0.01% (w/v) MgSO4 (“pH 1.2 (Mg+)”和“pH 6.8 (Mg+)”)。
2.2方法
2.2.1 溶出試驗
使用溶出測試裝置(Evolution 6100, disk, Inc.， New Jersey)。在測試過程中，介質體積為900 mL，控制在37.2±0.5ºC，籃轉速為100 rpm。溶出度測定按JP、Ph、Eu和USP進行。在每個時間點取樣采用高效液相色譜法分析其藥物濃度。
2.2.2初始溶出速率測定
片劑的釋藥速度不僅取決于各成分的溶出速度，還取決于片劑的崩解行為。在溶出度研究的初始階段，當片劑表面積恒定時，固定圓盤法可用于檢查片劑成分的內在藥物釋放率，同時消除藥物尺寸效應。本研究采用固定式藥片法。將測試片放入支架中，使其單面(直徑為6mm的圓)暴露于測試溶液中，并懸浮在圖1所示的溶出介質中。片劑的位置設置使其直徑方向與水流成正比。
使用溶出測試儀(NTR-3000, Toyama Sangyo Co.， Ltd, Toyama, Japan)和光纖多通道光譜儀(S-2450, Soma Optics, Ltd, Tokyo)。介質體積為900 mL，試驗時溫度控制在37.2±0.5°C，槳葉轉速為50 rpm。將分光計探頭浸入溶出儀中，在曝光時間為20 ms，光程長度為5 mm，測量間隔為5 s，累計次數為50次的條件下，監測溶出試驗過程中介質的紫外光譜。pH為1.2時檢測波長為235 nm, pH為6.8時檢測波長為245 nm。
2.2.3 片表面鎂元素的SEM-EDS圖譜分析
采用掃描電子顯微鏡(SEM, JSM-7600F, JEOL, Tokyo)和能譜儀(EDS, JED-3200 Series, JEOL)觀察溶出試驗前和溶出過程中Mg在片劑表面的分布。待溶出5 min后，將試片從介質中取出并烘干。Mg檢測的加速電壓為15 kV，放大比為x100，測量時間為10 h。
2.2.4 ATR-FTIR分析
采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對片劑進行表面測量。掃描范圍4000 ~ 400cm -1，分辨率4cm -1，掃描次數為4次。采用衰減全反射(ATR)模式，晶體材料為金剛石/KRS-5，樣品入射角約為45°，在100rpm籃法溶出研究前和2 min后獲得片劑表面紅外光譜。片劑溶出過程與槳法相同，均為溶蝕性溶出。采用FTIR儀(IRTracer-100, Shimazu, Kyoto, Japan)獲得硬脂酸和Mg-St的參考紅外光譜。所用測量參數同上。還獲得了Mg-St在介質中過夜的光譜。
2.2.5 Noyes-Whitney方程
藥物的溶出度可以用Noyes-Whitney方程表示：
dC/dt = kS(CS- C)
其中：CS 為藥物的溶解度或飽和溶液的濃度，C為t時刻溶解藥物的濃度，S為藥物的暴露表面積，k為溶出速度常數;；
如果CS 遠大于C(如溶解初期)，則方程為:
dC/dt = kSCS
3.結果與討論
3.1鹽酸二甲雙胍片溶出度的pH依賴性
為了研究鹽酸二甲雙胍片的pH依賴性溶出度，我們對三種不同國家銷售的鹽酸二甲雙胍500mg規格片進行了體外溶出度試驗。溶出試驗是根據指南中描述的試驗條件進行的，采用100 rpm的籃法溶出裝置，溶出介質為不含胃蛋白酶的模擬胃液(SGF, c.a. pH 1.2)、醋酸緩沖液(c.a. pH 4.5)和磷酸鹽緩沖液(c.a. pH 6.8)。得到的溶出結果如圖2所示：3種片劑的溶出度排序相同(pH 1.2 = pH 4.5 < pH 6.8)，溶出現象相同，均為溶蝕性。
鹽酸二甲雙胍是一種廣泛用于治療2型糖尿病的藥物。日本橙皮書的數據表明，其水溶液的溶解度在生理pH范圍內始終較高，且與pH無關(pH 1.2為333 mg/mL, pH 4.0為353 mg/mL, pH 6.8為355 mg/mL, 37℃水為346 mg/mL)， pKa為12.4。這種持續的高溶解度滿足溶出試驗的漏槽條件，如圖2所示。因此，觀察到的鹽酸二甲雙胍在不同pH介質中溶出率的差異，不應該是由鹽酸二甲雙胍本身的性質造成的。每個片劑配方組成均由鹽酸二甲雙胍、聚維酮、Mg-St和羥丙甲纖維素組成，但配方之間的成分略有不同。聚維酮和羥丙甲纖維素都是水溶性化合物，只有Mg-St是難溶的。
在pH為1.2或pH為4.5的緩沖液中添加Mg-St時，Mg-St傾向于漂浮在介質表面。但在pH為6.8的緩沖液中分散。Mg-St分散度的變化趨勢可以解釋pH 1.2 = pH 4.5 < pH 6.8的溶出度順序。結果表明，鹽酸二甲雙胍片在不同pH介質中溶出率的差異可能與Mg-St的性質有關。
在接下來的實驗中，采用制備的二甲雙胍模型片考察片中Mg-St的行為，并以JP 1、2液(pH1.2、pH6.8)進行溶出試驗，研究Mg-St及其片劑在酸性和中性介質中的溶出行為。
3.2含Mg-St片劑藥物溶出的延緩作用
片劑的溶出速度不僅取決于片劑成分的理化性質如溶解度和擴散系數，還取決于片劑在溶出介質中的暴露表面積，通常用Noyes-Whitney方程（式1）表示。以鹽酸二甲雙胍模型片為例，由于鹽酸二甲雙胍的溶解度(Cs)是漏槽條件下的一千倍以上，因此可將方程簡化為式2。通過溶出度的研究，片劑的表面積會發生變化。例如，在溶蝕片的情況下，隨著溶解，表面積隨著片劑尺寸的減小而減小；而在崩解片的情況下，表面積隨著片劑崩解成顆粒而增加。二甲雙胍市售片和模型片的溶出機制均為表面有限溶蝕而不崩解。
為消除表面積變化的影響，考察給定表面積下的固有溶出度，在pH為1.2和pH為6.8的介質中，采用固定圓盤法測定了所制模型片的初始藥物溶出度。所得溶出曲線如圖3所示。在兩種介質中，Mg-St(+)片的藥物溶解速度都比Mg-St(-)片慢，這是由于Mg-St的疏水性，盡管二甲雙胍的溶解度很高。Mg-St在pH 1.2介質中的溶出延緩作用大于pH 6.8介質;本文將在后面討論這一問題，并在后面討論Mg-St在兩種介質中溶出延緩的共同機理。
3.3 Mg-St溶出對片劑溶出的限制
由于片劑中Mg-St的存在導致藥物溶出延遲，提示Mg-St本身的溶出限制了片劑的溶出。Mg-St是一種水溶性較差的化合物，在25℃時，其在水中的溶解度為4mg / 100ml。因此，在片劑表面附近區域，Mg-St解離成Mg2+離子和硬脂酸離子時，應考慮Mg-St的溶度積。如果溶解介質被Mg2+離子飽和，則會抑制Mg-St的解離和溶解。
為考察Mg-St溶出度對片劑溶出度的影響，在含0.01% MgSO4 (w/v)(約1 mmol/L)的介質中進行了Mg2 +離子溶出研究，所得到的溶解速率分布如圖4所示。
根據圖3和圖4的溶出圖計算初始溶出速率。結果表明，Mg-St(-)片在5 min內溶出率基本恒定;因此，Mg-St(-)片的溶出速率是根據最初5min的曲線來計算的。相反，Mg-St(+)片的溶出速率在溶出后期出現下降。對于Mg-St(+)片，分別計算最初2min和2 ~ 5min的溶出率。得到的溶出率如表1所示。
計算每片藥在含MgSO4介質和不含MgSO4介質中溶出率的比值。Mg-St(-)片與Mg-St(+)片在pH1.2介質中的比值分別為0.97和0.81, pH 6.8介質分別為0.92和0.76。兩種介質中Mg-St(-)片的比例均接近于1，說明Mg2+離子的存在對Mg-St(-)片的溶出影響不大。Mg-St(+)片的比例小于Mg-St(-)片。這些結果表明，Mg2+離子的存在延緩了Mg-St(+)片的溶出，表明Mg-St的溶出限制了片的溶出。
3.4片劑表面鎂元素圖譜分析
為了研究Mg- st(+)片的表面狀態，采用掃描電鏡能譜儀(SEM-EDS)檢測Mg- st(+)片溶出前和溶出過程中Mg在片表面的分布，這是觀察樣品表面Mg的一般方法。如圖5所示，在pH為1.2和pH為6.8的介質中，溶解5min后Mg的含量均比溶解前增加;因此，圖中顯示了Mg- st(+)片劑溶解過程中表面未溶解和殘留的Mg。
由于Mg-St的SEM-EDS觀察是基于Mg-St衍生的鎂，因此通過ATR-FTIR測定片表面的Mg-St是基于Mg-St衍生的硬脂基(CH3(CH2)16COO-) 或棕櫚基(CH3(CH2)14COO-)。采用ATR-FTIR對Mg-St(-)片和Mg-St(+)片溶出前后2 min的表面進行分析，檢測片劑表面成分的化學變化。FTIR光譜如圖6所示：Mg-St(+)片的光譜在2920和2850 cm處均有兩個特征峰，而Mg-St(-)片沒有。這些峰來自于Mg-St的硬脂基或棕櫚堿的脂肪族CH。與溶出前的光譜相比，溶出后這些峰相對增加，說明Mg-St在片劑表面的相對比例增加。這些數據也支持溶出后Mg-St暴露在片劑表面的量增加。由于Mg- st溶解速度慢，Mg殘留量增加;因此，Mg-St的溶解是片劑溶出度的限速步驟。
這些Mg-St(+)片劑表面Mg-St通過溶出而相對增加的觀察結果也與Mg-St(+)片劑在溶出后期(2-5 min)初始溶出速率降低的結果一致，如初始溶出速率結果所討論的那樣。隨著Mg-St(+)片表面溶出率的增加，Mg-St(+)片的藥物溶出率比初始溶出率降低幅度更大。
3.5. Mg-St延緩片劑溶出時間與溶出介質pH的關系
本文前一部分討論了Mg-St延緩片劑溶出的問題。下面討論了其在不同pH介質中的不同行為。
將Mg-St(+)片劑在pH 1.2介質中的初始溶出速度與pH 6.8介質中的初始溶出速度進行比較，如圖3所示，發現pH 1.2中的溶出速度比pH 6.8中的慢。由表1可知，在pH為1.2和6.8的介質中加入Mg-St后，藥物的溶出率分別降至47%和62%。這些結果表明，Mg-St在pH 1.2中對延遲的貢獻可能大于pH 6.8。
在圖6中，Mg-St(+)片在pH為1.2的介質中溶解2min后，在1700 em'左右出現一個特征峰。這個峰可以歸屬為羧基。圖7顯示了硬脂酸和Mg-St的紅外光譜，通過與片劑測量相同的程序獲得。雖然兩個光譜的主要部分是相似的，但在1700 em'左右的峰只觀察到硬脂酸，它可能來自羧酸C=O。此外，將Mg-St分散在pH為1.2和pH為6.8的介質表面過夜，獲得Mg-St的紅外光譜(圖7)。結果表明，只有Mg-St暴露在pH為1.2的介質中，在1700 em處出現峰值，表明向硬脂酸轉化。該峰與Mg-St(+)片在pH 1.2介質中溶出后的峰一致。由此推測，在pH為1.2的介質中，片劑表面的Mg-St可能解離成其離子，并發生氫化反應生成硬脂酸。正如之前的研究所報道的那樣，這種變化是可能發生的，盡管它們的溶解機制與本研究不同。
硬脂酸在20℃的水中溶解度為3mg /L，約為Mg-St溶解度的十分之一。因此，由于硬脂酸在酸性介質中的溶解度較低，在片劑表面生成硬脂酸會對片劑溶出產生額外的抑制作用。考慮到硬脂酸的pKa(4.95)，可能是靠近片劑表面的Mg-St在pH為1.2的介質中首先溶解并立即氫化為硬脂酸，從而進一步延緩片劑的溶出。雖然Mg-St不僅含有硬脂酸鎂，還含有棕櫚酸鎂，基本可認定棕櫚酸鎂的溶出行為和硬脂酸鎂是相同的，因為這兩種物質相似，只是碳數不同。棕櫚酸表現出與硬脂酸相似的紅外光譜，特征峰在1700 cm左右。棕櫚酸在水中的溶解度與硬脂酸一樣低，這可能會以同樣的方式導致片劑溶解的延遲。
3.6. Mg-St在酸性和中性介質中延緩片劑溶出的機理
根據研究結果，Mg-St對片劑溶出的抑制機制如圖8所示。
當Mg-St(+)片劑暴露在溶出介質中時，鹽酸二甲雙胍顆粒溶解速度比Mg-St快，這是因為Mg-St的水溶性不及鹽酸二甲雙胍和聚維酮。SEM-EDS和ATR-FTIR研究證實，Mg-St覆蓋的面積增加(Step 1)。用固定圓盤法測定初始溶出度的結果可得到藥物的有效表面積。初始溶出率測量結果對應式(2)中的kSCs, k和Cs取決于藥物和溶出介質的組合。因此，初始溶出率的比值代表了Mg-St(+)片劑的S(藥物暴露表面積)與Mg-St(-)片劑的S在各介質中的比值。在pH為6.8的介質中，該比值為0.62，表明Mg-St覆蓋了38%的藥物表面，使有效表面積減少38%。
Mg- St的溶出限制了片劑的溶出(Step 2)，如添加Mg離子的溶出研究所示。在抑制Mg-St解離和溶出的條件下，Mg-St(+)片的溶出率降低。在中性介質中溶解時，延遲機制只能用步驟1和步驟2來解釋。
如果片劑在酸性介質中溶解，還有一個步驟有助于延遲溶解:Mg-St在片劑表面轉化為難溶硬脂酸(Step 3)，經ATR-FTIR研究已經證實。與在pH 6.8介質中的溶出度計算方法相同，Mg-St(+)片的初始溶出率與Mg-St(-)片的初始溶出率之比為0.47，表明在pH 1.2介質中，Mg-St和硬脂酸覆蓋了53%的藥物表面。相比在pH為6.8的介質中，硬脂酸可使有效表面積進一步降低15%。
4. 結論
Mg-St是一種眾所周知且常用的口服固體制劑的潤滑劑。因此，有許多研究考察了Mg-St對片劑藥物溶出率的定量影響。這些研究使用含有不同量的由Mg-St制備的片劑，并確定在酸性和中性介質中延遲機制的差異。采用不同的工藝參數制備Mg-St或片劑，從而對其進行了研究潛在的批次間差異。本研究旨在探討延遲產生的機制，并確定酸性和中性介質中延遲機制的差異。
本研究所用的模型片不是快速崩解型，而是表面溶蝕型。在前一種類型的片劑中，可能不會觀察到本研究中報道的現象，因為Mg-St的溶出不會是片劑溶出的限速過程。在后一種類型的片劑中，可能會出現本研究中描述的相同現象。然而，這也取決于除了Mg-St之外的其他成分的性質。如果藥物的溶解度低于Mg-St，則其溶解將成為一個限速過程。在本研究中，片劑的其他成分(鹽酸二甲雙胍和聚維酮)是可溶的，其溶出度不依賴于介質的pH。因此，可以在不受其他因素影響的情況下，更清楚地研究Mg-St的特性以及Mg-St延緩片劑溶出的機理。本研究中觀察到的現象可能在不同程度上可指導其他片劑的溶出行為差異解釋，但需要結合藥物產品的自身性質去做進一步研究證實。
注：本文譯自Ariyasu, Aoi, Hattori, Yusuke, Otsuka, Makoto, Delay effect of magnesium stearate on tablet dissolution in acidic medium. International Journal of Pharmaceutics http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.07.034.
