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9/19/13 1 EXCIPIENTES E ADJUVANTES FARMACÊUTICOS: CONSERVANTES, ANTIOXIDANTES E TENSOATIVOS Profa. Daniele Rubert Nogueira UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE FARMÁCIA INDUSTRIAL DISCIPLINA DE FARMACOTÉCNICA – FID 102 ! Fármaco Excipiente Eficácia Funcionalidade Qualidade Segurança CONSERVANTES CONSERVANTES CONSERVANTES DEFINIÇÃO E CONSIDERAÇÕES ² São substâncias adicionadas às formas farmacêuticas com a finalidade de protegê-las de contaminações microbianas. ² Utilizados principalmente em recipientes de dose múltipla (preparações líquidas e semi-sólidas), quando há possibilidade de contaminação e crescimento microbiano (tanto durante a preparação como durante o uso pelo paciente). ² Agentes antimicrobianos não devem ser utilizados para reduzir a contagem de microrganismos viáveis como substituto às boas práticas de manipulação. CONSERVANTES Quando não é necessário um conservante? ² O produto será utilizado imediatamente * a manipulação deve ser por técnicas apropriadas que evitem a contaminação ² Não há presença de água * microrganismos requerem água para seu desenvolvimento ² Ausência de nutrientes ² O pH do meio é < 3 ou > 9 ² Componentes com propriedades antimicrobianas já estão presentes na formulação CONSERVANTES Quando um conservante é contra-indicado? ² Em produtos para neonatos ² Em soluções oftálmicas destinadas ao uso em pacientes com córneas lesadas ou para injeção intraocular ² Em produtos parenterais com volumes superiores a 50 mL 9/19/13 2 CONSERVANTES Propriedades de um conservante ideal ² Efetivo em uma concentração baixa e não-tóxica contra uma grande variedade de microrganismos ² Quimicamente estável sob condições normais de uso, em um intervalo amplo de temperatura e pH ² Solúvel na concentração requerida ² Compatível com grande variedade de fármacos e excipientes ² Isento de sabor, cor ou odor desagradáveis e não-causador de sensação de ardência ² Não-tóxico e não-sensibilizante nas concentrações requeridas ² Custo razoável ² Não-reativo (não adsorver, penetrar ou interagir) com o material de acondicionamento CONSERVANTES Como utilizar um sistema conservante? Isoladamente Associação de conservantes contra fungos e bactérias Gram- positivas e Gram-negativas v Concentração na formulação v Eficácia v Segurança ao paciente CONSERVANTES Fatores que influenciam a atividade conservante n Concentração: - concentração adequada melhor ação - Concentração ação conservante n Temperatura: - Temperatura aumenta a atividade do agente conservante n pH: - Substâncias dissociáveis mais ativas em pH em que estão na forma não ionizável CONSERVANTES Fatores que influenciam a atividade conservante n Matérias-primas: Podem aumentar ou diminuir a atividade de um sistema conservante q EDTA: Remoção de cátions importantes à atividade de membrana de MO q Óleos essenciais: efeito secundário. Pequeno aumento q Glicóis: Aumentam a solubilização dos conservantes q Íons metálicos: complexos insolúveis q Tensoativos não-iônicos: formação de pontes de H e ligações de oxigênio com os constituintes. Utilização de associação de conservantes CONSERVANTES Exemplos conservantes – formulações uso oral Álcool etílico Espectro de ação: bactérias e fungos pH: ácido Concentração usual: ≥ 10% Solubilidade: água, acetona, glicerina Incompatibilidades: agentes oxidantes, gomas, cloretos e permanganato Ácido benzóico e seus sais (benzoato de sódio) Espectro de ação: bactérias Gram +, bolores e leveduras pH: 2,0 – 5,0 Concentração usual: 0,1 – 0,2% Solubilidade: água, etanol Incompatibilidades: glicerina, proteínas, tensoativos não iônicos, compostos quaternários e gelatina Outros: ácido sórbico, sorbato de potássio, metilparabeno, propilparabeno CONSERVANTES Exemplos conservantes – formulações uso externo Ácido sórbico Espectro de ação: fungos e leveduras; pouca atividade sobre bactérias pH: 2,5 – 6,0 Concentração usual: 0,1 – 0,3 % Incompatibilidades: levemente incompatível com tensoativos não iônicos Propilparabeno Espectro de ação: bactérias Gram +, fungos e leveduras pH: 3,0 – 9,5 Concentração usual: 0,02 – 0,1% Incompatibilidades: álcalis, sais de ferro, tensoativos não iônicos Outros: ácido benzóico, álcool benzílico, cloreto de benzalcônio, diazolidinil ureia, fenoxietanol, metilparabeno, etc. 9/19/13 3 CONSERVANTES Exemplos misturas (Blends) de conservantes Butilparabeno + etilparabeno + metilparabeno + propilparabeno + fenoxietanol (Chemynol®, Phenonip®) Espectro de ação: fungos, leveduras, bactérias Gram + e Gram – pH: 3,0 – 8,0 Concentração usual: 0,2 – 0,8% Incompatibilidades: tensoativos não iônicos (Tween 80), metilcelulose, gelatina, proteínas, sais de ferro e álcalis Propilenoglicol + diazolidinil ureia + metilparabeno + propilparabeno (Germaben® II) Espectro de ação: bactérias Gram +, Gram –, bolores e leveduras Concentração usual: 0,25 – 1% Incompatibilidades: compatível com a maioria dos ingredientes das formulações cosméticas (Ex: proteínas e tensoativos) CONSERVANTES ANTIOXIDANTES CONSERVANTES OXIDAÇÃO - Definições ² Reações de oxidação/redução envolvem a transferência de um ou mais átomos de hidrogênio ou oxigênio ou a transferência de elétrons ² Oxidação: Perda de elétron de um átomo ou molécula. Tipos de oxidação: Processo Forma reduzida Forma oxidada Transferência de elétrons Fe+2 Fe+3 H2 2H+ Adição de oxigênio CH4 CH3OH (ou perda de hidrogênio) CH3OH H2C=O Perda de hidrogênio RCH2CH2R RCH=CHR + H2 2 RSH RSSR + H2 CONSERVANTES Oxidação - Definições ² Um radical livre é uma espécie química que apresenta um elétron desemparelhado na sua camada de valência * O2 possui dois elétrons desemparelhados em sua camada de valência ² Uma reação oxidativa altera as características organolépticas (cor, sabor, odor), a viscosidade, o pH, induz precipitação ² Induz a degradação do fármaco e/ou excipientes, levando à formação de produtos de degradação que podem ser tóxicos, inativos ou reagir com demais componentes da formulação ² Auto-oxidação é um processo que ocorre espontaneamente na presença de luz e oxigênio atmosférico, sob condições normais de preparação, acondicionamento e estocagem. CONSERVANTES REAÇÕES DE OXIDAÇÃO - AUTO-OXIDAÇÃO Oxidação espontânea de substâncias de uso farmacêutico ocorre por uma série de reações de radicais livre em cadeia. Inicia lentamente e se propaga rapidamente. Iniciação: formação de radicais livres RH R + H Propagação: reação em cadeia de R R + O2 RO2 RO2 + RH ROOH + R Terminação: formação de produtos inativos estáveis R + R R + RO2 RO2 + RO2 ROOR + O2 RR ROOR Preparações farmacêuticas Oxidação Substância ativa Adjuvantes Principais fármacos susceptíveis à oxidação: v Fenóis (Ex: resorcina, hidroquinona, morfina, naftóis) v Olefinas (Ex: polienos, ácidos graxos insaturados, óleos vegetais) v Fenotiazinas (Ex: clorpromazina, prometazina) v Catecolaminas (Ex: epinefrina) v Hidroximetilcetonas (Ex: prednisolona e derivados) v Compostos tricíclicos (Ex: imipramina, amtriptilina) v Compostos com grupos sulfidrila (Ex: captopril) v Vitaminas (Ex: vitamina C, vitamina A) Morfina Epinefrina Oxidação9/19/13 4 Principais excipientes susceptíveis à oxidação: Processos Químicos Processos hidrolíticos Fenômenos oxidativos Solidificação Saponificação Formação de peróxidos, sebo, rancificação Processos Biológicos Processos hidrolíticos Fenômenos oxidativos Acidificação Saponificação Formação de corpos cetônicos, sebo, rancificação * Óleos e gorduras Principais vias de decomposição das gorduras Oxidação Fatores que influenciam o fenômeno de oxidação: Oxidação 1. pH Ac. Ascórbico + 0,003 7,0 Ac. Ascórbico - 0,115 5,2 Ac. Ascórbico - 0,136 4,58 E pH 2. Luz Fotocatalisador Fóton molécula do fármaco ↑ reatividade * E = Potencial de redução o Afeta o grau de ionização; o A oxidação é favorecida em meio alcalino. Antioxidante Fatores que influenciam o fenômeno de oxidação: Oxidação 3. Oxigênio atmosférico 4. Temperatura 5. Presença de metais pesados 6. Presença de agentes oxidantes ↑temperatura ↑oxidação /. Ea RTk Ae−= k = velocidade de degradação Ea = energia de ativação - Catalisadores positivos do processo oxidativo - Iniciam o processo por reação direta com o substrato - Fontes de metais: matérias-primas, embalagem, equipamentos - Fármacos ou excipientes com poder oxidativo ESTRATÉGIAS EMPREGADAS PARA PREVENIR OU RETARDAR A OXIDAÇÃO: Oxidação 1. Proteção frente ao oxigênio atmosférico v Uso de frascos impermeáveis ao oxigênio v Fechamento hermético do material de acondicionamento v Aumento da viscosidade do meio v Fracionamento das matérias-primas v Encher completamente o material de acondicionamento v Ampolas – preencher com gás inerte 2. Ajuste do pH v Adição de tampões v Acidificação do meio pH potencial de redução (E) 3. Proteção frente à luz v Uso de frascos âmbar e recipientes opacos v Incorporação de compostos que absorvem e/ou refletem a luz UV ESTRATÉGIAS EMPREGADAS PARA PREVENIR OU RETARDAR A OXIDAÇÃO: Oxidação 6. Adição de antioxidantes 4. Proteção frente ao calor v Armazenamento em locais frescos ou sob refrigeração, quando necessário v Liofilização v Produtos estéreis: verificar procedimento de esterilização 5. Evitar presença de íons metálicos v CQ matérias-primas v Utilizar utensílios de aço inox (evitar utensílios metálicos) v Empregar agentes quelantes ANTIOXIDANTES v São substâncias capazes de preservar a formulação de qualquer processo oxidativo; v São capazes de inibir a deterioração oxidativa (destruição por ação do oxigênio) de produtos farmacêuticos e cosméticos; v Inibem ou bloqueiam o processo de formação de radicais livres, durante as etapas de iniciação e propagação; v Os antioxidantes são classificados como lipofílicos (ex.: BHA, BHT, α-tocoferol) ou hidrofílicos (ex.: ácido ascórbico, sulfitos). 9/19/13 5 v Compostos que atuam interrompendo a formação das cadeias de radicais livres (antioxidantes verdadeiros) Ex: BHA, BHT, α-tocoferol (vitamina E) v Compostos que se oxidam com facilidade (removedores de oxigênio) Ex: sulfitos, ácido ascórbico, monotioglicerol v Agentes redutores Ex: ácido ascórbico, tiossulfato de sódio v Compostos que atuam por mecanismos preventivos (antioxidantes sinergistas) Ex: ácido cítrico, EDTA Antioxidantes Classificação dos antioxidantes segundo seu mecanismo de ação: Antioxidantes Antioxidantes verdadeiros Atuam interrompendo a reação em cadeia Apresentam um átomo de hidrogênio ou elétron facilmente disponível e, durante o processo, convertem-se em radicais livres não suficientemente reativos para dar continuidade à reação em cadeia ROO + AH ROOH + A R + AH RH + A ROO R AH A radical livre radical livre radical inerte antioxidante com um átomo de hidrogênio ativo Antioxidantes O R1 R3 HO R2 α-tocoferol β-tocoferol γ-tocoferol δ-tocoferol R1 R2 R3 CH3 CH3 CH3 CH3 H CH3 CH3 CH3 H H H H Antioxidantes verdadeiros OH (CH3)3C C(CH3)3 CH3 BHT BHA OH OCH3 C(CH3)3 OH OHHO COOCH2CH2CH3 Galato de propila Tocoferóis Antioxidantes Removedores de oxigênio Se oxidam com facilidade Apresentam um potencial de redução menor que os fármacos que protegem e, dessa forma, são oxidados preferencialmente Capturam oxigênio do meio “Sequestradores de oxigênio” NaO S OH O NaO S O S ONa O O Metabissulfito de sódio Bissulfito de sódio Ácido ascórbico + 2H+ + 2e- Antioxidantes Agentes redutores Reduzem o fármaco ou o componente que pode ser oxidado Tiossulfato de sódio Ácido ascórbico O OHHO C OHO CH2OH H Antioxidantes Antioxidantes sinergistas Atuam por mecanismos preventivos HO OH O OOH HO O Ácido cítrico N N OHHO OH HO O OO O Ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) * Agentes quelantes 9/19/13 6 AGENTES QUELANTES Inibem a oxidação por meio da complexação dos íons metálicos, que atuam como catalisadores em algumas reações de oxidação Íons metálicos Fe+3, Cu+2, Co+3, Ni+2, Mn+2 Podem atuar como iniciadores da oxidação porque tem um elétron desemparelhado em sua camada de valência Agente quelante doador de elétrons Íon metálico receptor de elétrons Ex: EDTA, ácido cítrico, ácido tartárico • Capacidade de complexação é pH-dependente (menor associação a valores baixos de pH) • São empregados em associação com antioxidantes Antioxidantes/ Agentes quelantes Ácido cítrico ² Agente quelante muito utilizado na proteção de óleos devido a sua inocuidade; ² Vias tópica e oral; ² Solúvel em água; ² Concentração usual: 0,3 – 2%. HO OH O OOH HO O Ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) N N OHHO OH HO O OO O² Agente auxiliar atuando na quelação de íons metálicos; ² Muito pouco solúvel em água; ² Concentração usual: 0,1%. Antioxidantes/ Agentes quelantes q Efetivo em uma concentração baixa e não-tóxica; q Estável e efetivo nas condições normais de uso, em um intervalo amplo de temperatura e pH; q Solúvel na concentração requerida; q Compatível com uma grande quantidade de fármacos e excipientes; q Livre de odor e sabor desagradável; q Incolor tanto na forma original como na forma oxidada; q Não-tóxico e não-sensibilizante na concentração requerida; q Custo razoável; q Não-reativo (não deve absorver, penetrar ou interagir) com o material de acondicionamento e embalagem. Propriedades de um agente antioxidante/quelante ideal: Antioxidantes/ Agentes quelantes u ANTIOXIDANTES PARA SISTEMAS AQUOSOS - Ácido ascórbico ([ ]: 0,01 – 0,1% ) - Bissulfito de sódio ([ ]: 0,01 – 1% ) - Metabissulfito de sódio ([ ]: 0,01 – 1% ) - Tiossulfato de sódio ([ ]: 0,05% ) - Formaldeído sulfoxilato de sódio ([ ]: 0,005 – 0,5% ) u ANTIOXIDANTES PARA SISTEMAS OLEOSOS - Palmitato de ascorbila ([ ]: 0,01 – 0,2% ) - Butil-hidroxianisol (BHA) ([ ]: 0,005 – 0,01% ) - Butil-hidroxitolueno (BHT) ([ ]: 0,01%) - Galato de propila ([ ]: 0,005 – 0,15% ) - α-tocoferol (vitamina E) ([ ]: 0,01 – 0,1% ) Antioxidantes Uso adequado de agentes antioxidantes: *[ ]: Concentração usual/efetiva Antioxidantes Uso adequado de agentes antioxidantes: USO EM CONCENTRAÇÃO (%)β-caroteno 0,01 Óleos essenciais e agentes flavorizantes 0,02 – 0,5 Injetáveis IM 0,03 Injetáveis IV 0,0002 – 0,00052 Óleos e gorduras 0,02 Formulações tópicas 0,005 – 0,02 Vitamina A 10 mg/ 1 milhão de UI BHA USO EM CONCENTRAÇÃO (%) β-caroteno 0,01 Óleos essenciais e agentes flavorizantes 0,02 – 0,5 Injetáveis IM 0,03 Injetáveis IV 0,0009 – 0,002 Óleos e gorduras 0,02 Formulações tópicas 0,0075 – 0,10 Vitamina A 10 mg/ 1 milhão de UI BHT TENSOATIVOS 9/19/13 7 TENSOATIVOS Atividade superficial Porção hidrofóbica (apolar) Porção hidrofílica (polar) Reduzem a tensão superficial entre um líquido e o ar, entre um líquido e um sólido ou entre dois líquidos Tensoativo adsorvido na interface ar-líquido Tensoativo não adsorvido Micela Equilíbrio EHL Múltiplas aplicações TENSOATIVOS Representação esquemática das maneiras de ação dos tensoativos para a redução das energias superficial e interfacial TENSOATIVOS Quando um surfactante é adicionado à água suas moléculas tentam se arranjar de modo à minimizar a repulsão entre grupos hidrofóbicos e a água: os grupos polares ficam na solução aquosa, próximo à superKcie e os grupos apolares ficam na interface àgua-‐ar, minimizando o contato com a água Isto gera uma diminuição na tensão superficial da água, pois provoca um desarranjo de sua superKcie Após a CMC as micelas, ao contrário dos monômeros, ficam dispersas em toda a solução, não apresentando efeito sobre a tensão superficial da água AT IV ID AD E TE N SO AT IV A CONCENTRAÇÃO DO AGENTE TENSOATIVO CONCENTRAÇÃO MICELAR CRÍTICA Formação de micelas Tensoativos v MICELAS agregados usualmente esféricos, de dimensões coloidais, formados a partir de uma certa concentração CMC (concentração micelar crítica) v [ ] tensoativo tensão superficial Ação dos agentes tensoativos Tensoativos Fase externa aquosa Fase externa oleosa óleo água Aplicações v Solubilização de moléculas bioativas pouco hidrossolúveis; v Detergência; v Preparação de emulsões; v Formadores de espuma; v Agentes molhantes/dispersantes em suspensões (Suspensões de sólidos em líquidos nos quais estes não são solúveis); v Estabilizantes em dispersões coloidais (impede a reaglomeração dos sólidos); Tensoativos Tipo Tamanho da partícula Dispersão grosseira: (emulsões, suspensões e aerossóis) > 1,0 µm Dispersão Coloidal Abaixo de 1,0 µm Dispersão Molecular (soluções) Abaixo de 0,001 µm 9/19/13 8 emulsionantes espessantes solubilizantes espumantes Propriedades: umectantes detergentes Exposição constante da pele, olhos e mucosas Riscos derivados de seus efeitos irritantes Presença de tensoativos no meio ambiente Contaminação ecossistema (aquático) Aplicações Tensoativos Os tensoativos não são considerados adjuvantes inertes, uma vez que têm demonstrado capacidade de aumentar ou diminuir o transporte de fármacos pelas membranas biológicas dispersantes Toxicidade Impacto ao meio ambiente Síntese de compostos análogos a tensoativos naturais: • Lipoaminoácidos • Fosfolipídios • Glicolipídios Síntese de tensoactivos derivados de aminoácidos • Multifuncionalidade • Matérias-primas renováveis • Menos tóxicos e menos irritantes • Biodegradáveis • Biocompatíveis • Respeitosos com o meio ambiente Desenvolvimento de novos tensoativos Tensoativos Estrutura química Tensoativos PRINCIPAIS GRUPOS HIDROFÍLICOS DOS TENSOATIVOS Distribuição eletrônica momento dipolar condiciona afinidade por líquidos polares Estrutura química Tensoativos PRINCIPAIS GRUPOS LIPOFÍLICOS DOS TENSOATIVOS Classificação Tensoativos Tensoativos aniônicos v Em solução aquosa dissociam-se formando íons carregados negativamente; v Podem ser sabões de metais alcalinos e de amônio; sabões aminados; compostos sulfatados e sulfonados; v Incompatíveis com alguns cátions orgânicos e/ou inorgânicos; v Baixo custo, mas apresentam toxicidade; v Produzem emulsões O/A estáveis (uso externo); v São mais eficientes em meio alcalino, já que precipitam em pH ácido. Ex: dodecanoato de sódio, dodecil (lauril) sulfato de sódio, estearato de sódio, dioctilssulfosuccinato de sódio, trietanolamina Classificação Tensoativos Tensoativos catiônicos v Em solução aquosa dissociam-se formando cátions positivos; v Empregados como emulsionantes O/A (uso externo); v Também apresentam propriedades desinfetante (antimicrobiana) e conservante; v Apresentam propriedades tóxicas, sendo geralmente usados na formulação de cremes antissépticos; v Emulsões formadas são geralmente instáveis em pH elevado; v São incompatíveis com agentes tensoativos aniônicos e com ânions polivalentes; v Compostos de amônio quaternário representam o grupo mais importante. Ex: cetrimida (brometo de hexadecil-trimetilamônio); cloreto de benzalcônio 9/19/13 9 Classificação Tensoativos Tensoativos não-iônicos v Compreendem substâncias lipossolúveis, que estabilizam emulsões O/ A, e substâncias hidrossolúveis usadas em produtos O/A; v Baixa toxicidade e irritabilidade, sendo alguns também usados em preparações orais e parenterais; v Maior grau de compatibilidade com outras substâncias; v Menos sensíveis às alterações de pH ou à adição de eletrólitos; v Custo elevado. Ex: ésteres de glicerina, ésteres de sorbitano (Spans), polissorbatos (Tweens), éteres poliglicólicos de álcoois ou ácidos graxos Tween Span Classificação Tensoativos Tensoativos anfóteros v Apresentam grupamentos carregados positiva e negativamente, dependendo do pH do sistema; v São catiônicos em pH baixo e aniônicos em pH elevado; v Maior estabilidade química. Ex: lecitina, betaínas 3 3CH CH CHN + 2 C O O _ Betaína Lecitina Equilíbrio hidrófilo-lipófilo (EHL) Tensoativos v Introduzido por Griffin em 1949; v EHL representa a relação entre os grupos hidrofílicos e lipofílicos constituintes da molécula dos tensoativos; v Um número EHL é atribuído a cada tensoativo, o qual é característico da sua polaridade relativa; v Geralmente aplicado para tensoativos não-iônicos hidrofilia/lipofilia deve ser convenientemente equilibrada Tensoativos ou emulsionantes * grupamentos polares condicionam a afinidade da molécula de tensoativo pela água * parte apolar condiciona a afinidade da molécula de tensoativo por solventes pouco polares Equilíbrio hidrófilo-lipófilo (EHL) Tensoativos EHL = 7 + ∑n grupos hl - ∑n1 grupos hb v n = número de grupos hidrofílicos v hl = hidrofílicos v n1 = número de grupos hidrofóbicos v hb = hidrofóbicos Valor de EHL baixo = número de grupos hidrofílicos é pequeno, significando que o tensoativo é mais lipofílico Valor de EHL alto = grande número de grupos hidrofílicos na molécula, indicando que o tensoativo é mais hidrofílico Escala EHL mostrando a classificação da função tensoativa Tensoativos 18 15 129 6 3 0 Dispersível em água Hidrofóbica (solúvel em óleo) Hidrofílica (solúvel em água) Agente solubilizante (15-18) Detergentes (13-15) Agente emulsionante (8-16) Agentes molhantes e de espalhamneto (7-9) Agente emulsionante (3-6) Agentes anti-espumantes (2-3) CONSERVANTES REFERÊNCIAS q AULTON, M.E. Delineamento de formas farmacêuticas. 2. ed. Ed. Artmed, 2005. q FERREIRA, A.O. Guia prático da farmácia magistral. 4. ed. São Paulo: Pharmabooks Editora, 2010. q THOMPSON, J. E. A prática farmacêutica na manipulação de medicamentos. Ed. Artmed, 2006.
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