FOTOPROTECCIÓN Y FOTOESTABILIDAD · Colombia en Unión Andina de Naciones: Decisión 516 con...
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JOHN JAIRO VALLEJO OCAMPO Grupo de investigación de estabilidad de medicamentos, cosméticos y alimentos Facultad de Química Farmacéutica Universidad de Antioquia 2012 FOTOPROTECCIÓN Y FOTOESTABILIDAD
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JOHN JAIRO VALLEJO OCAMPO
Grupo de investigación de estabilidad de medicamentos,
cosméticos y alimentos
Facultad de Química Farmacéutica
Universidad de Antioquia
2012
FOTOPROTECCIÓN
Y
FOTOESTABILIDAD
FOTOPROTECCIÓN Y FOTOESTABILIDAD
1. Aspectos cuánticos y fotoquímicos
2. Transiciones electrónicas
3. Estados excitados y relajación molecular
4. Mecanismo de acción de los fotoprotectores
5. Factores en la formulación que afectan la fotoestabilidad de fotoprotectores
6. Mecanismos de disipación de los fotoprotectores
7. Metodología para los estudios de fotoestabilidad en los fotoprotectores. Soportes: recursos, referentes, metodología, asuntos regulatorios
8. Estrategias para fotoestabilización de fotoprotectores
9. Caracterización de la fotoinestabilidad en un fotoprotector
10. Conclusiones
ORBITAL MOLECULAR
• En el átomo, los electrones se organizan en
diferentes orbitales en torno al núcleo.
• Los átomos forman moléculas y los orbitales
atómicos forman orbitales moleculares.
• Los electrones de las moléculas ocupan
regiones en torno a varios núcleos.
http://jmol.sourceforge.net/screenshots/index.es.html
ASPECTOS CUÁNTICOS
• La energía potencial de reactividad de una
molécula esta relacionada con la energía
potencial de sus electrones que ocupan
los orbitales moleculares.
• Esta energía es ponderada
mediante su ubicación probabilística
en la corteza alrededor del núcleo.
• Números cuánticos.
• Número cuántico n; Se inicia con niveles de energía de 1 a 7 del interior hacia el exterior de la corteza. En cada nivel se asignan 4 subniveles posibles de ubicación llamados s,p,d,f . En cada uno de estos subniveles se contempla un numero determinado de orbitales y en cada orbital solo se pueden hallar un número máximo de 2 electrones.
Número cuántico m o magnético: describe la ubicación mediante
propiedades magnéticas.
Número cuántico de spin: Describe orientación de giro del electrón en
torno al núcleo de su influencia.
Los electrones ocupan los orbitales de acuerdo a predicciones
energéticas en estos niveles cuánticos.
ASPECTOS CUÁNTICOS
TRANSICIONES ELECTRONICAS ORBITALES ENLAZANTES Y ANTIENLAZANTES
• HOMO (Highest Occupied Molecular
Orbital).
• Ubicación posible para ceder
electrones
• LUMO (Lowest Unoccupied
Molecualr Orbital.
• Ubicación posible para aceptar
electrones
Dos orbitales atómicos se
solapan y forman:
• Un orbital molecular de menor
energía que la del orbital de
partida y se le llama orbital
molecular enlazante
• Un orbital molecular
antienlazante con mayor energía
que la del orbital de partida
En procesos fotoquímicos, la energía radiante perturba el estado basal y
conduce la especie química a estados excitados
ESTADOS EXCITADOS
Si los spines o ejes de rotación de
los electrones en los dos orbitales
están en dirección opuesta,
describen un estado apareado y
excitado en singulete .
Ejes de rotación iguales, un estado
desapareado en triplete, de menor
energía frente al excitado en
singulete. Estado basal
singulete
Estado excitado singulete
Estado excitado triplete
Excitación
(Absorción)
10-5 segundos
Estado excitado Singulete
Conversión interna
y relajación vibracional
10-14 - 10-11 segundos
Fluorescencia
10-9 - 10-7 segundos
Entrecruzamiento
intersistema
Quenching
Relajación
No radiativa
Estados de
energía vibracional
Conversión interna
Fluorescencia retardada
Estado excitado
Triplete (T1)
Entrecruzamiento
intersistema
Relajación
No radiativa
(Triplete )
Fosforescencia
10-3 - 102 segundos
Estado basal
AGENTE PERTURBADOR: ENERGÍA RADIANTE EXCITACIÓN Y DISIPACIÓN
DISIPACION DE ENERGIA EN MOLÉCULAS
EXCITADAS FOTOQUIMICAMENTE
LORES et al. Fotoquímica. U.Buenos Aires
Mecanismos irradiativos
Estado electrónicamente excitado
Mecanismos no irradiativos
(1) Fluorescencia
(2) Fosforescencia
Efecto neto
Luz luz
Químicos
Reacción
Isomerización
Degradación
Físicos
(1) Conversión interna
(2) Conversión externa:
moléculas apagadoras
(3) Entrecruzamiento entre
sistemas Efecto neto
Luz energía
química
productos
de degradación Luz calor
Disipación
Efecto neto
9
Los filtros solares UV tienen cromoforos que absorben energía radiante
cuantizada de las franjas UV y producen estados electrónicos excitados.
Otro grupo de fotoprotectores logran
la funcionalidad mediante
reflectancia difusa.
La REM puede ser reflejada,
transmitida o absorbida.
La disipacion de la energía ganada no debe dañar la molécula ni formar
productos tóxicos o agresivos con el usuario.
La fotolisis conduce a pérdida de eficacia (pérdida de absortibidad),
formación de radicales libres o formación de productos estables pero no
deseables biológicamente en el proceso.
Pie
l
MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS
FOTOPROTECTORES
La asociación de fotoprotectores busca cubrir protección en el espectro UV
de más riesgo.
http://www.fda.gov/Radiation-
EmittingProducts/RadiationEmittingProductsand
Procedures/Tanning/ucm116425.htm
MECANISMO DE PROTECCIÓN
La capacidad de absorción de radiación UV se
determina mediante mecanismos instrumentales
de espectrofotometría
MECANISMOS DE DISIPACION EN
LOSFOTOPROTECTORES MECANISMOS FOTOFISICOS
Para la disipación o relajación, la molécula sigue una secuencia de
posibles pasos:
• Relajación mediante ruta fotofísica o ruta fotoquímica
• Lo ideal sería que los estados excitados de las moléculas fotoprotectoras
regresen a su estado basal por mecanismos fotofisicos como conversión
interna, entrecruzamiento de sistemas, uso efectivo de
apagadores(quencher) o algunos mecanismos irradiativos.
• Garantizar estabilidad y eficacia en la promesa fotoprotectora.
• La fracción del total de moléculas excitadas que sufre cada proceso de
disipación se llama rendimiento cuántico.
MECANISMOS DE DISIPACION EN
LOSFOTOPROTECTORES MECANISMOS FOTOQUIMICOS
Ruta fotoquímica :
Procesos fotoquímicos primarios. Da lugar a producto primario
Ejemplos: isomerización, transferencia interna de electrones
Procesos fotoquímicos secundarios: un fotoproducto primario
puede iniciar reacciones.
Ejemplos: Transferencia externa de electrones,
abstracción de hidrogeno,
Se requiere instrumental para detectar el curso
de un proceso fotoquímico
Análisis cualitativo y cuantitativo
La conversión interna disipa energía vibracional de un nivel superior de
un estado electrónico excitado con un nivel vibracional electrónico inferior;
esta ruta tiende a favorecerse cuando el estado electrónico excitado de
una molécula puede ser apagado entre estructuras isoméricas tales como
cis-trans, o por transferencia de hidrógeno intramolecular
MECANISMOS DE DISIPACION EN LOS
FOTOPROTECTORES
MECANISMOS FOTOFISICOS Y FOTOQUIMICOS
FOTOQUÍMICA DE LA AVOBENZONA PROCESOS DE RELAJACIÓN
La metodología se implementa con talento humano cualificado,
procedimientos validados, reactivos certificados uso de equipos calibrados y
guías regulatorias
La metodología comprende básicamente un estudio comparativo de los
siguientes momentos:
Reconocimiento y medida del estado basal de los ingredientes fotoactivos
en la formulación.
Reconocimiento diferencial y medida de los efectos del proceso fotoquímico,
después de irradiar.
Reconocimiento diferencial y medida de los efectos del estado de reposo o
recuperación.
METODOLOGÍA PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD EN LOS FOTOPROTECTORES
SOPORTES PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD: RECURSOS
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Talento humano cualificado Cámara de irradiación para
simulación de condiciones a exposición solar externa con lámpara de xenón y filtro de corte a 290n nm, intensidad de irradiancia hasta 1000 Watt/m2
Espectrofotómetro y esfera de integración para muestras no transparentes Reactivos patrón o de referencia
SOPORTES PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD: REFERENTES
Irradia
ncia
espectra
l W/m
2/n
m
1 MED/h = 250 J/(m2*h) = 69,4 mW/m2 (Dosis mínima de eritema, referido a riesgo UVB)
1MED/h=100J( m2*h) =27,76 mW/m2
CIE: Dosis estándar de eritema
100 J/m2 (10 mJ/cm2)
OMS:1 UVI= 25 mW/m2 (UV Index)
Irradiancia UV natural
Para muestras de fotoprotector no transparente se emplea un
espectrofotómetro con analizador de tramitancia (esfera de integración)
se hace correlación
Placas de PMMA
y aplicación de
2mg/cm2 de la
muestra
Con medidas de
densidad óptica
SOPORTES PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD: METODOLOGÍA
Año 2006: Diario Oficial de la Unión Europea recomienda que la protección UVA debiera
ser 1/3 del FPS.
El estudio in vitro UVA propuesto por COLIPA incluye pre-irradiación (Fotoestabilidad)
Año 2007: La FDA acogió sistema gráfico de estrellas para comunicar al usuario la
actividad que tiene el producto fotoprotector en la región UVA (1 a 4 estrellas).
Pre irradiación: 2/3 del SPF
FDA sugiere para productos con SPF de 20 a 50, de 4 a 11 horas con esta relación: SPF*
200 J/m2 *2/3. Se solicita enmienda asi: SPF* 100 J/m2 *2/3
COLIPA (UE): Exposición UV equivalente a 1,2 PPD en J/cm2
Igualmente acogió para valoración in vitro de la actividad UVA la medida de la longitud de
onda crítica, donde el 90% del área bajo la curva descrita por el coeficiente de extinción
de los fotoprotectores debe lograr un umbral mínimo de 370 nm. (con pre irradiación)
SOPORTES PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD:
ASUNTOS REGULATORIOS
Colombia en Unión Andina de Naciones:
Decisión 516 con vigencia desde el 2002, Decreto 219 de 1998
Resolución 3132 de 1998 expedida por el Ministerio de Salud de Colombia
(hoy Ministerio de la Protección Social) reglamenta normas sobre protectores
solares.
No esta actualizada acorde con la dinámica desarrollada por el sector y los
organismos internaciones para participar en el mercado global.
SOPORTES PARA ESTUDIOS DE
FOTOESTABILIDAD:
ASUNTOS REGULATORIOS
Los filtros solares como especies químicas son inestables y
ciertas asociaciones entre sí o con otros excipientes los tornan
más inestables.
Las propiedades del medio en el que están inmersos los
fotoprotectores influyen en su fotoestabilidad.
Propiedades como: Efecto donor, aceptor de hidrógenos.
Proticidad, fuerza ionica, polaridad, permitividad,
viscosidad,pureza de los insumos de la formulación.
PROBLEMA
Empaque: producto sin usar
Inmovilización: encapsulación, recubrimiento, liposomación
Apagadores para estado triplete: octocrileno
Apagadores para estado singulete: Diethylhexyl Syringlidene Malonate
(DESM)
Micelación: surfactantes
Ambiente químico de la formulación
ESTRATEGIAS PARA
FOTOESTABILIZACIÓN
CARACTERIZACION DE LA
FOTOINESTABILIDAD
EN UN FOTOPROTECTOR
DECAIMIENTO DE AVOBENZONA
(FILTRO UVA) EN DOS EXCIPIENTES
CON IRRADIACION
Excipiente A Excipiente B
Logro más
tiempo de
Fotoestabilidad
PERFIL CINETICO DE DECAIMIENTO
EN DOSIS MINIMA DE ERITEMA (MED)
DECAIMIENTO FOTOPROTECTOR MEDIANTE
RUTA FOTOQUIMICA CON FORMACION DE
ISOMERO NO FUNCIONAL
DECAIMIENTO CON
RECUPERACIÓN EN REPOSO
CONCLUSIONES
Los estudios de fotoestabilidad en los fotoprotectores deben realizarse
diferencialmente en el ambiente de la matriz cosmética
Los estudios de fotoestabilidad permiten inferior niveles de decaimiento
fotoquímico irreversible en la actividad absorbente de los fotoprotectores
La fotoestabilidad en la franja UVA es un soporte necesario para esta
proclama
La fotoinestabilidad en la franja UVA deja presumir cambios en los
cromóforos funcionales del FPS
1º Caso: Pérdida rápida de absorbancia en banda UVA y alta
recuperación en la oscuridad. Poliisobuteno hidrogenado
48 horas de reposo en la oscuridad
Decaimiento del 94,45%
en 1 hora
Recuperación del
85,81 en 48 horas
0,89
CONTACTOS
Grupo de investigación de estabilidad de medicamentos
cosméticos y alimentos facultad de química Farmacéutica
Universidad de Antioquia
Profesora Cecilia Gallardo C.
Teléfono: 2198332 extensión 2311
