CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA DO ESTRATO CÓRNEO HUMANO USANDO ESPECTROSCOPIA DE IMPEDÂNCIA

Jean Michel Pernaut¹(PQ) , Mike Membrino²(PG) e Mark Orazem² (PQ)

1.Departamento de Química / Instituto de ciências Exatas CP702 Universidade Federal de Minas Gerais 31270-901 Belo Horizonte/MG.

(e-mail: jmpe@dedalus.lcc.ufmg.br)

2.Department of Chemical Engineering, University of Florida, Gainesville, FL32611 USA

Palavras chaves: estrato córneo, permeabilidade, espectroscopia de impedância

Introdução

Os dispositivos terapêuticos de administração transdérmica usando corrente elétrica são sistemas promissores de liberação controlada de drogas,¹ já que permitem aumentar efetivamente o transporte transdérmico de substâncias iônicas (iontoforese). No entanto, o controle rigoroso da taxa de administração da droga, chave da viabilidade clínica dessa técnica, passa por um melhor entendimento dos mecanismos de transporte em diferentes condições de estímulo elétrico.

O trabalho apresentado aqui teve por objetivo estudar as propriedades elétricas de membranas constituídas por estrato córneo humano (EC), principal barreira difusional. Usando-se a técnica de espectroscopia de impedância, investigamos inicialmente o comportamento eletroquímico das membranas epidérmicas em função da natureza do eletrólito de contato e do tempo de acomodação da membrana. Em seguida, estudamos a alteração das propriedades elétricas nas membranas submetidas à passagem de uma corrente elétrica, no intuito de monitorar a permeabilidade iônica.

Experimentação e metodologia

As membranas de EC foram preparadas por procedimentos padrões. As soluções de contato testadas foram água deionizada (AD), 150mM NaCl (SOD) e 50mM CaCl₂ (CAL), essas duas últimas sendo tamponadas (20mM Hepes) e equilibradas a pH=7. As medidas eletroquímicas foram realizadas, usando um gerador/analisador de frequência, em célula de difusão equipada com 2 eletrodos de trabalho Ag/AgCl e 2 microeletrodos de referência Ag/AgCl/KCl_3M (RE). As medidas foram executadas em modo galvanostático variável (VAG)² ou constante (COG) na faixa 65kHz (AF)-1Hz(BF) a 31±1⁰C. A resposta no plano de Nyquist consistiu basicamente em um semicírculo inclinado a partir do qual a condutividade da pele foi calculado por s_P= K_M/(R_LF – R^IN_AF), onde K_M é a constante geométrica da membrana, R_LF a resistência limite BF e R^IN_AF a resistência interfacial AF. Avaliamos tambem o índice de tortuosidade dos caminhos aquosos na pele por T= s_SL/s_P, onde s_SL é a condutividade da solução de contato.

Resultados e discussões

Sistema EC/AD. Na 1^a fase da acomodação, foi observado um aumento de R_P (R_P =K_M /s_P) (até 20% do valor inicial) que atribuimos à difusão de substâncias iônicas de dentro de EC para DI. Para tempos maiores de acomodação (t>1h), R_P diminuiu devido ao processo de hidratação, mas T continuou crescendo em razão da ionização de AD pela dissolução de CO₂, por contaminação pela própria pele e principalmente por RE. Sob polarização contínua (i_dc), foi encontrado uma relação linear entre s_P e i_dc. O coefficente de linearidade (8 10^-10 S cm mA^-1) e o limiar de desvio à linearidade (i_dc*~200 mA cm^-2) foram maiores para amostras menos resistivas e equilibradas por mais tempo, devido ao abaixamento do potencial crítico da membrana¹. Sendo a permeabilidade de EC às substâncias iônicas proporcional à condutividade elétrica da membrana, pode se afirmar que a permeabilidade pode ser monitorada por i_dc. Para um tempo efetivo de polarização de 20-30 min, o fator de recuperação elétrico das membranas foi r>95% para i< i_dc*.

Sistema EC/SOD. Para este eletrólito menos resistivo, o tempo de alcance do equilíbrio foi menor, mas a tortuosidade calculada foi maior, possivelmente devido ao maior número de interações iônicas. A ativação térmica da condutividade de EC entre 22 e 32^oC sugeriu um comportamento de membrana porosa. Conseguiu-se tambem uma correlação linear s_P vs i_dc (9 10^-10 S cm mA^-1) até cerca de 400 mAcm^-2. Neste valor, a tortuosidade foi reduzida por um fator 2, devido ao aumento dos caminhos aquosos (interconexão dos poros eletroinduzidos). O processo de polarização mostrou-se reversível até 2i_dc e a recuperação foi r~70% a 5i_dc.

Sistema EC/CAL. A reposta impedimétrica foi similar. No entanto, o valor elevado da tortuosidade aparente sugeriu que ao lado da formação dos caminhos aquosos, uma fração de Ca²⁺ possa ser complexada dentro de EC. Isto teria por consequência a diminuíção da concentração eficaz dos portadores de carga, assim como da mobilidade iônica devido à diminuíção do raio médio dos poros. Confirmando esta anormalidade, sob corrente dc, a linearidade se manteve até 1000 mA cm^-2 porem com baixo coeficiente; por outro lado, um segundo processo de relaxação apareceu em BF, atribuído à reação de complexação do cálcio. Enfim, suportando tambem esta hipótese, o potencial trans-membranário de equilíbrio aumentou regularmente até 400mAcm^-2, valor a partir do qual colapsou, provavelmente devido ao processo de abertura de poros que se tornou dominante.

Conclusão

Estudamos as propriedades eletroquímicas do estrato córneo (EC) humano introduzindo parâmetros simples que permitiram correlacionar a resposta elétrica do EC com algumas propriedades físico-químicas. O tempo de acomodação da membrana depende da força iônica da solução de contato. Após equilíbrio, a pele comporta-se similarmente à uma membrana porosa; em particular, a permeabilidade iônica pode ser controlada pela aplicação de uma corrente dc; o grau de reversibilidade depende criticamente da natureza da solução de contato, da intensidade da corrente e do tempo de aplicação. As soluções de cálcio apresentaram um comportamento anormal que foi atribuido a um processo de complexação iônica dentro do EC.

Referências

1. Prausnitz, M.R. Adv. Drug Deliv. Rev. 18 (1996) 395.

2. Orazem, M.E. et al, Electrochim. Acta 41 (1995) 977.

CAPES, University of Florida