Sistemas Dispersos

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Sistemas Dispersos

• En la forma farmacéutica solución, el o los
  principios activos se hallan en un grado de
  división máximo (molecular o iónico), disueltos
  en un vehículo adecuado que puede ser por ej.
  acuoso o hidroalcohólico.
• Desde el punto de vista biofarmacéutico la
  disolución de los principios activos en los
  fluidos biológicos es un factor indispensable
  para poder atravesar las membranas biológicas y
  absorberse.
• El empleo de la forma farmacéutica solución
  facilita ese proceso.

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Sistemas Dispersos

• Muchas veces, la forma farmacéutica
  solución resulta galénicamente irrealizable
• Por problemas de estabilidad de los principios
  activos que pueden alterarse en solución
• porque el principio activo es poco soluble a la
  concentración que se utiliza para preparar el
  medicamento
• porque interesa acelerar, disminuir o prolongar
  la acción del medicamento.
• Se recurre entonces al empleo de Sistemas
  Dispersos.

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Sistemas Dispersos
Fase dispersa
Fase dispersante

• Son aquellos sistemas constituidos por dos fases
  o más no miscibles entre sí. Una de las fases
  está uniformemente distribuida en forma de
  partículas o gotas finamente divididas en el seno
  de otra fase que las engloba o encierra.
• La fase subdividida
• FASE INTERNA DISPERSA DISCONTINUA (es la
  fase que conforma las partículas o gotitas)
• La fase que engloba o encierra las partículas o
  gotas
• FASE EXTERNADISPERSANTE CONTINUA (es el
  medio en que las partículas se encuentran
  dispersas)

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Sistemas Dispersos

• Desde el punto de vista fisicoquímico estos
  sistemas son termodinámicamente inestables.
• Las características más representativas de estos
  sistemas son
• La existencia de una superficie de separación
  entre la dos fases llamada interfase
• La superficie de contacto entre las
  partículas y el medio de dispersión (área
  interfasial) es muy elevada. En esta interfase se
  concentra la mayor cantidad de energía del
  sistema.
• Gran inestabilidad
• El exceso de energía libre, asociada a la
  gran superficie existente entre las partículas y
  el medio, da lugar a que las partículas tiendan a
  aglomerarse, para reducir su energía libre
  interna.

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Clasificación de los Sistemas Dispersos

• De acuerdo al estado físico de la materia.
• Desde el punto de vista estructural.
• De acuerdo al tamaño de las partículas.

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De acuerdo al estado físico de la materia

• Pueden existir sistemas dispersos de
• Líquido en gas aerosoles líquidos,
  nebulizaciones, niebla.
• Sólido en gas aerosoles sólidos, humos.
• Gas en líquidos espuma.
• Sólido en líquidos dispersiones coloidales,
  suspensiones.
• Líquido en líquido emulsiones.
• Gas en sólido lava, piedra pómez.
• Sólido en sólido oro coloidal.
• Cristales líquidos estado intermedio entre
  sólido cristalino y líquido.

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Desde el punto de vista estructural

• Sistemas incoherentes
• Sistemas coherentes
• Sistemas incoherentes formados por dos fases
  bien definidas. La fase dispersa se puede
  encontrar en forma de partículas sólidas
  (dispersiones coloidales y suspensiones) o en
  forma de gotitas (emulsiones).
• Sistemas coherentes formados por dos fases
  entremezcladas. Las partículas dispersas se
  contactan entre sí formando una estructura
  tridimensional en las que ambas fases se
  interpenetran, dando al sistema propiedades
  fisicoquímicas y reológicas específicas. Ej
  geles.

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De acuerdo al tamaño de las partículas

• Dispersiones groseras mayor de 1 micrón, se
  pueden ver a simple vista o con microscopio
  óptico.
• Dispersiones coloidales partículas que tienen un
  tamaño entre 1 micrón -1 nm, visibles al
  ultramicroscopio y al microscopio electrónico.
• Soluciones menor a 1 nm.

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Estabilidad de los sistemas dispersos

• Es necesario formularlos adecuadamente para
  obtener preparados estables.
• Factores de los que depende la estabilidad de
  los sistemas dispersos
• Grado de dispersión de la fase interna.
• Viscosidad.
• Carga eléctrica de las partículas dispersas.
• Temperatura.

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Estabilidad de los sistemas dispersos

• Grado de dispersión de la fase interna
• Si el grado de dispersión de la fase interna es
  elevado y homogéneo, aumenta la estabilidad del
  sistema.
• Viscosidad
• El agregado de sustancias con propiedades
  reológicas a un sistema disperso favorece la
  estabilidad. Al aumentar la viscosidad del medio
  dificulta la movilidad de las partículas
  impidiendo que se aproximen.

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Estabilidad de los sistemas dispersos

• Carga eléctrica de las partículas dispersas
• Las partículas dispersas en un medio líquido
  tienden a cargarse eléctricamente por adsorción
  de iones del medio o por pérdida de iones de la
  partícula. Se forma una doble capa eléctrica que
  origina fuerzas de repulsión entre partículas de
  cargas eléctricas similares (evitando su
  acercamiento).
• Temperatura
• El aumento de la temperatura reduce la
  estabilidad de los sistemas dispersos al
  disminuir la viscosidad y aumentar la movilidad
  de las partículas o gotitas dispersas.

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Dispersiones Coloidales (coloides de la palabra
griega que significa goma o cola)

• Estos sistemas coloidales están constituidos por
  dos fases, y para cada partícula existe una
  superficie de separación entre ella y el medio.
  En esta interfase se manifiestan las propiedades
  características de los sistemas coloidales.
• FASES
• Fase interna, dispersa o discontinua.
• Fase externa, dispersante o continua.

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Clasificación de las Dispersiones Coloidales

• Se clasifican en función del grado de atracción
  entre la fase dispersa y el medio dispersante.
• Si el medio dispersante es un líquido, estos
  sistemas coloidales se llaman soles.
• Estos soles se clasifican
• LIÓFOBOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFOBAS (del
  griego aversión al líquido). Poca atracción
  entre la fase dispersa y el medio dispersante.
  Son los coloides verdaderos. Si el medio de
  dispersión es agua, se denominan HIDROFOBOS
• LIÓFILOS O DISPERSIONES COLOIDALES LIÓFILAS
  (del griego afición al líquido). Gran atracción
  entre la fase dispersa y el medio dispersante. Si
  el medio de dispersión es agua se denominan
  HIDROFILOS

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Propiedades de los sistemas coloidales

• La fase interna por su tamaño le confiere al
  sistema propiedades características cinéticas,
  ópticas y eléctricas.
• Propiedades ópticas
• - Dispersión de la luz (Efecto Tyndall)
• Propiedades cinéticas
• - Movimiento Browniano
• Propiedades eléctricas
• - Las partículas coloidales están cargadas
  eléctricamente con respecto al medio dispersante.
  

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Propiedades ópticas Efecto Tyndall

• Al hacer pasar un rayo de luz a través de una
  dispersión coloidal, el rayo de luz se ve en
  forma clara y nítida al atravesar el coloide,
  fenómeno que no sucede en una solución.
• Este efecto se debe a que las partículas
  coloidales son lo suficientemente grandes como
  para dispersar la luz.
• A partir del estudio de esta propiedad
  (nefelómetro), es posible obtener datos de la
  forma, tamaño e interacciones de las partículas
  coloidales

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EFECTO TYNDALL
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Propiedades cinéticas
Movimiento Browniano Cuando se observa un
coloide con un microscopio, se observa que las
partículas dispersas se mueven al azar en la fase
dispersante. Lo que en realidad se ve son los
reflejo de las partículas coloidales, ya que su
tamaño permite reflejar la luz.
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Propiedades eléctricas potencial zeta

• Todo sólido sumergido en un líquido tiende a
  cargarse eléctricamente en su superficie
• 1- Por adsorción de iones del medio.
• 2- Por ionización de grupos funcionales en su
  superficie (en este caso, el pH del medio juega
  un papel importante).

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Doble capa eléctrica
POTENCIAL Z
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Doble capa eléctrica de una partícula

• Partícula cargada positivamente S, capa de
  Stern G, capa de Gouy-Chapman N, zona de
  electroneutralidad.

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• La partícula positiva atrae iones negativos. Sólo
  una parte de estos iones de signo opuesto a la
  partícula quedan firmemente adheridos a su
  superficie formando una capa monomolecular de
  contraiones llamada Capa de Stern o Capa fija.
• Los demás iones se distribuyen en distintos
  niveles de acuerdo a la carga de la partícula
  formando la Capa difusa o de Gouy-Chapman.
• Hay un punto de la capa difusa donde la carga de
  la partícula no se hace sentir más se lo
  denomina punto de neutralidad.

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• La resultante de la capa difusa es de la misma
  magnitud pero de signo contrario a la capa
  fuertemente adherida o fija.
• Como no se puede medir la carga de la partícula,
  se mide la diferencia de potencial que hay entre
  la zona de separación de la capa fija y de la
  capa difusa, y el punto de neutralidad.
• A ese potencial se lo denomina potencial Z, y es
  la verdadera estimación de la carga de la
  partícula.
• El potencial Z se determina por varios métodos
  entre ellos por electroforesis. Es un parámetro
  importante en relación a la estabilidad del
  sistema coloidal

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Determinación del potencial Z

• La electroforesis es probablemente el método de
  más amplia aplicación para la determinación del
  potencia Z. Consiste en el paso de una corriente
  eléctrica a través de la dispersión, puesta en
  una célula adecuada, como la que se señala en la
  figura (célula Burton).
• Las partículas cargadas emigran al electrodo de
  carga opuesto y, de acuerdo con la dirección y
  velocidad de migración, puede determinarse el
  signo y la magnitud del potencial zeta.

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Purificación de las dispersiones coloidales

• Los métodos son
• Diálisis es el pasaje a través de una membrana.
  Las partículas coloidales quedan retenidas en la
  membrana y pasa la solución verdadera. Se utilizó
  primero pergamino, luego celofán, y actualmente
  nitrato y acetato de celulosa.
• Electrodiálisis La dispersión coloidal
  (conteniendo electrolitos para eliminar) se
  coloca entre dos membranas. A los costados de las
  membranas hay un compartimiento con agua. Se
  coloca un electrodo en cada compartimiento, al
  aplicar una FEM hay migración de iones de la
  dispersión coloidal hacia el agua. La dispersión
  coloidal queda privada de la solución verdadera.
  

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Coloides hidrófobos (Características)

• No modifican la viscosidad, ni la tensión
  superficial del medio dispersante.
• Alta sensibilidad a los electrolitos que influyen
  sobre la carga eléctrica que circunda a la
  partícula.
• Inestabilidad por efecto de la diálisis
  (eliminación total de electrolitos hace al sol
  inestable).
• Pequeñas cantidades de electrolitos estabilizan
  un coloide hidrófobo.
• Presentan efecto Tyndall debido a la diferencia
  en el índice de refracción de las fases dispersa
  y dispersante. Las partículas coloidales por su
  tamaño pequeño reflejan la luz produciendo este
  efecto (fácilmente detectadas con el
  ultramicroscopio).

• No se ven al microscopio ordinario, sí al
  electrónico.
• Partículas generalmente inorgánicas.
• No se forman espontáneamente.
• Presentan movimiento Browniano (movimiento
  errático de las partículas). Consiste en un
  movimiento desordenado continuo con trayectorias
  de zig-zag (mantiene a las partículas dispersas).
  

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Estabilización de coloides hidrófobos

• 1. Con una pequeña cantidad de electrolitos.
• Se forma una doble capa eléctrica sobre la
  superficie de las partículas. Las partículas
  se cargan todas iguales, se repelen, evitando la
  coagulación (aumenta el potencial zeta).
• 2. Con coloides protectores
• son coloides hidrofílicos que forman
  alrededor de cada partícula un retículo altamente
  hidrofílico (película protectora), que evita el
  choque de partículas.

• Según la concentración de electrolitos que se
  agregue a un coloide éstos pueden actuar
• Como peptizantes cantidades pequeñas de
  electrolitos (dispersan las partículas
  coloidales).
• Como coagulantes cantidades grandes de
  electrolitos producen coagulación. El potencial Z
  disminuye, tiende a 0, y se rompe el equilibrio
  del sistema.

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Coloides hidrófobos
A) SUSPENSIONES SÓLIDO FINAMENTE DIVIDIDO EN UN
MEDIO ACUOSO U OLEOSO
B) EMULSIONES son sistemas de al menos dos
fases en los cuales un líquido se dispersa en
otro líquido en la forma de glóbulos o gotitas
pequeñas.
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EMULSIONES
UTILIDAD Y APLICACIONES Ciertos agentes
medicinales que tienen un sabor desagradable se
han hecho más aceptables por vía oral cuando se
formulan como emulsiones. Por lo tanto, el aceite
mineral (un laxante), el ácido valproico (un
anticonvulsionante), las vitaminas liposolubles,
los aceites vegetales y las preparaciones
para alimentación entérica se formulan a menudo
en la forma de una emulsión (O/W) para mejorar su
sabor. La utilidad de las emulsiones depende de
su habilidad para penetrar en la piel.
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EMULSIONES
PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS EMULSIONES

• Medio dispersante (fase continua).
• Glóbulos dispersos (fase discontinua).
• Emulsionante (estabilizante)

• Partículas sólidas finamente divididas insolubles
  en la fase dispersa y el medio dispersante, pero
  con una cierta afinidad por éstas.
• Sustancias anfifílicas con una cierta afinidad
  con la fase dispersa y el medio dispersante y que
  son solubles en, por lo menos, una de las fases
  (tensioactivos).

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PARTÍCULAS SÓLIDAS FINAMENTE DIVIDIDAS
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EMULSIONES ESTABILIZADAS POR TENSIOACTIVOS
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BALANCE HIDROFÍLICO-LIPOFÍLICO (HLB)
Es un concepto ideado por Griffin (1949). En una
emulsión, el valor del HLB del emulsionante
intenta estimar la atracción simultánea que
experimenta por las fases acuosa y oleosa.
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BALANCE HIDROFÍLICO-LIPOFÍLICO (HLB)
HLB 10
HLB bajo
HLB alto
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TIPOS DE EMULSIONES

• Aceite en agua.
• o/w
• Agua en aceite.
• w/o

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EMULSIÓN DEL TIPO ACEITE EN AGUA
36
EMULSIÓN DEL TIPO AGUA EN ACEITE
emulsionante
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Coloides hidrofílicos

• Existe otro tipo de preparaciones farmacéuticas
  constituidas por una dispersión de macromoléculas
  fuertemente hidrofílicas debido a la presencia de
  grupos polares.
• Estos sistemas adquieren consistencia espesa
  cuando la concentración de la fase dispersa tiene
  determinado valor (diferente en cada caso), y se
  los llama Mucílagos o Coloides Hidrofílicos.
• Las sustancias capaces de formar dispersiones
  acuosas homogéneas altamente hidrofílicas
  pertenecen a distintas especies químicas y suelen
  conocerse como agentes espesantes.

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Características de los coloides hidrofílicos

• Viscosidad superior a la del medio dispersante.
  Moléculas fuertemente hidratadas que aumentan la
  viscosidad del medio.
• Tensión superficial un tanto menor que la del
  medio dispersante.
• Poca sensibilidad frente a los electrolitos (no
  modifican mayormente su aspecto por el agregado
  de sales).
• Más estables con el tiempo (por su gran
  hidrofília y carga eléctrica) no separan la fase
  dispersa. Salvo si someten a cambios bruscos de
  temperaturas y de pH.
• Presentan efecto Tyndall débil (no es fácil
  detectarlo con el ultramicroscopio).
• Por pérdida de agua pueden formar geles, pero son
  fácilmente redispersables (coloides reversibles o
  emulsoides). Sol a Gel y de Gel a Sol.
• No presentan movimiento browniano notable, las
  moléculas están inmovilizadas por el manto de
  hidratación.

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Coloides de asociación

• soluciones micelares. Son dispersiones límpidas
  y termodinámicamente estables.
• Se forman micelas de tensiaoctivo, en el agua, de
  tamaño coloidal.

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TENSIOACTIVOS
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TENSIOACTIVOS

• Los tensioactivos tienden a concentrarse en la
  interfase alterando la energía libre de la
  superficie, reduciendo la tensión superficial del
  sistema.
• Son moléculas que tienen una parte polar (cabeza
  hidrofílica) y otra no polar (cola hidrófoba).
• Para que una molécula sea tensioactiva su
  afinidad por la interfase es mayor que por cada
  una de las fases.

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Coloides de asociación

• Cuando se preparan dispersiones de concentración
  creciente de un tensioactivo de predominio
  hidrofílico (HLB elevado), a partir de cierta
  concentración llamada CMC (concentración micelar
  crítica) las moléculas de tensioactivo se agrupan
  en forma de micelas.
• Se producen cambios en las propiedades físicas
  del sistema, que indican que se ha alcanzado la
  CMC.

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Coloides de asociación

• Los tensioactivos se agregan a partir de una
  determinada concentración llamada concentración
  micelar crítica (CMC), dando lugar a partículas
  de tamaño coloidal, con diámetro equivalente en
  los límites de 30-100 Å o sea de dimensiones
  coloidales, por eso se los denomina coloides de
  asociación o asociaciones coloidales.

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Coloides de asociación

• La figura muestra la acción de un tensioactivo
  sobre la tensión superficial (?). Al aumentar la
  cc. de tensioactivo en agua, la tensión
  superficial disminuye (línea ab) debido a que las
  moléculas se adsorben en la superficie del agua.
• Al agregar más tensioactivo se alcanza el punto
  (b) donde las moléculas están empaquetadas por
  completo en la superficie.
• La parte hidrofílica hacia el agua y la
  lipofílica hacia el aire.
• Si se continua agregando tensioactivo, no caben
  más moléculas en la superficie y se agregan en
  micelas. La tensión superficial no disminuye más
  y permanece cte.
• La cc. en la que comienza la micela- ción se
  llama CMC.

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Micelas

• Las micelas pueden estar integradas por un número
  grande de moléculas de tensioactivo, el tamaño es
  variable y depende de la naturaleza del
  tensioactivo, de la concentración, de la
  temperatura y de iones presentes.
• El número de agregación n es el número de
  moléculas de tensioactivo (monómero) presentes en
  una micela.

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Inserción en las micelas

• Inserción a nivel profundo hidrocarburos (A).
• Inserción menos profundo alcoholes y ácidos
  grasos (B y C).
• Inserción en superficie por ejemplo, ftalato de
  metilo (D).
• Inserción en cadenas de óxido de etileno cuando
  se trata de tensioactivos polioxietilenados (E).
• 
  

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Micelas invertidas

• En líquidos no polares, los tensioactivos pueden
  formar micelas invertidas, donde las cabezas
  polares se dirigen hacia el centro y la parte no
  polar hacia el medio dispersante.
• Como ejemplo podemos citar dioctilsulfosuccinato
  de sodio y los monoésteres del sorbitano, cuando
  se dispersan en aceites u otros líquidos no
  polares.

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Micelas

• La facilidad de formar micelas depende del
  tensioactivo y decrece en el siguiente orden
• no iónico gt anfótero gt iónico.
• Las micelas no son agrupados estáticos, se
  disocian, se reagrupan, se disocian nuevamente
  con gran rapidez.

49
Micelas

• Las micelas formadas en soluciones diluidas de
  tensioactivo son aproximadamente esféricas.
• Al aumentar la concentración las micelas aumentan
  de tamaño. Siendo demasiado grandes para
  conservar la forma esférica, adoptan estructura
  elipsoidal, cilíndricas y finalmente laminares.
• Estas fases afectan la viscosidad, la reología
  de la formulación y la solubilidad del principio
  activo.

50
Micelas
Micelas (a) esféricas, (b) elipsoidal, (c)
cilíndricas, (d) vermiforme.
Dibujo cedido por el Ing. Dr.
Ricardo Pasquali. Farmacotecnia I
51

• La solubilización micelar se emplea en
  Farmacia
• se llevan a cabo solubilizaciones acuosas de
  iodo, antisépticos fenólicos, hormonas
  esteroides, vitaminas liposolubles, antibióticos,
  sulfamidas, barbitúricos, aceites y esencias.