ΕΣΠΟΙΝΑ ΜΑΣΣΙΑ ΦΑΡΜΑΚΟΠΟΙΟΣ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟ ΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ IN VITRO ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΙΑΦΟΡΩΝ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΩΝ ΙΑΒΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΙΑ ΕΡΜΙΚΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΤΗΣ ΡΙΣΠΕΡΙ ΟΝΗΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΕΣΠΟΙΝΑ ΜΑΣΣΙΑ ΦΑΡΜΑΚΟΠΟΙΟΣ ΑΘΗΝΑ 2011

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία πραγµατοποιήθηκε στα εργαστήρια του Τοµέα Φαρµακευτικής Τεχνολογίας του Τµήµατος Φαρµακευτικής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστηµίου Αθηνών. Μετά το πέρας της εργασίας αυτής θα ήθελα να ευχαριστήσω: Τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Παρασκευά άλλα για τη συνεχή καθοδήγηση και πολύτιµη βοήθειά του σε όλη τη διάρκεια της εργασίας. Τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. ηµήτριο Ρέκκα για τις παρατηρήσεις και συµβουλές του σε πολλά στάδια της εργασίας. Τη Λέκτορα κ. Μαρία Βερτζώνη για τη σηµαντική βοήθεια και καθοδήγηση που προσέφερε στη χρήση της υγρής χρωµατογραφίας υψηλής ανάλυσης. Τον Σταύρο Πολίτη Ph.D. για τη βοήθειά του στην εφαρµογή και ερµηνεία της µεθόδου του πειραµατικού σχεδιασµού. Τους συνάδελφους µεταπτυχιακούς φοιτητές και υποψήφιους διδάκτορες στα εργαστήρια Φαρµακευτικής Τεχνολογίας για το κλίµα συνεργασίας και αλληλοβοήθειας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς µου για τη συνεχή στήριξη και το ενδιαφέρον τους.. 2

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΙΑ ΕΡΜΙΚΑ ΘΕΡΑΠΕΥΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εισαγωγή Ιστορική αναδροµή Μέρη διαδερµικού θεραπευτικού συστήµατος Κατηγορίες διαδερµικών θεραπευτικών συστηµάτων Μονής στρώσης (Single-layer Drug-in-Adhesive) Πολλαπλών στρώσεων (Multi-layer Drug-in-Adhesive) Σύστηµα δεξαµενής (Reservoir) Σύστηµα µήτρας (Matrix) Χαρακτηριστικά ιδανικού ΘΣ οµή και λειτουργία του δέρµατος Επιδερµίδα Κυτταρικές δοµές της επιδερµίδας Η χοριοεπιδερµική ένωση Το χόριο ή κυρίως δέρµα Υποδόριος ιστός Αγγεία του δέρµατος Νεύρα του δέρµατος Εξαρτήµατα του δέρµατος Ρόλος του δέρµατος ιαπέραση των ουσιών από το δέρµα Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδερµική απορρόφηση Φυσιολογικοί παράγοντες Φυσικοχηµικοί παράγοντες Βελτιστοποίηση διαδερµικής απορρόφησης Ενυδάτωση κεράτινης στιβάδας Επιταχυντές διαβατότητας Αποµάκρυνση κεράτινης στιβάδας Μικροβελόνες Ιοντοφόρηση Ηλεκτροφόρηση Υπέρηχοι Μαγνητοφόρηση Φωτοµηχανικό κύµα Θερµοφόρηση Θερµοδυναµική ενεργότητα Σχηµατισµός προφαρµάκου Ιοντικό ζεύγος Ευτηκτικά συστήµατα Λιποσώµατα Μέθοδοι µελέτης της διαδερµικής απορρόφησης In vivo µέθοδοι In vitro µέθοδοι Υπολογισµός επιθυµητού ρυθµού διαδερµικής διαπερατότητας δραστικών ουσιών (ΕΡ ) Κριτήρια επιλογής κατάλληλου φαρµάκου για διαδερµική χορήγηση ΣΧΙΖΟΦΡΕΝΕΙΑ ΡΙΣΠΕΡΙ ΟΝΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ Ερµηνεία αποτελεσµάτων πειραµατικού σχεδιασµού Βασικές αρχές σχεδιασµού µιγµάτων ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΥΛΙΚΑ, ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Υλικά Όργανα και συσκευές ΜΕΘΟ ΟΙ Πειραµατικός σχεδιασµός

4 2.2.2 Υγρή χρωµατογραφία υψηλής απόδοσης Χρωµατογραφικές συνθήκες ανάλυσης Παρασκευή κινητής φάσεως Παρασκευή πρότυπων διαλυµάτων ρισπεριδόνης Έλεγχος γραµµικότητας µεθόδου ανάλυσης Λήψη φάσµατος υπεριώδους-ορατού Έλεγχος πιθανών παρεµποδίσεων στις χρωµατογραφικές κορυφές Πειράµατα προσδιορισµού κατάλληλου φορέα Ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισµός φορέα Πειράµατα προσδιορισµού διαλυτότητας κορεσµού Παρασκευή των γελών Ποσοτικός προσδιορισµός των γελών Προσδιορισµός διαλυτότητας κορεσµού στο διάλυµα του υποδοχέα In vitro πειράµατα διαδερµικής διαπερατότητας Mεµβράνη Παρασκευή διαλύµατος υποδοχέα Πείραµα διάχυσης ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΛΗΨΕΩΣ ΦΑΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΥΠΕΡΙΩ ΟΥΣ-ΟΡΑΤΟΥ ΤΗΣ ΡΙΣΠΕΡΙ ΟΝΗΣ ΥΓΡΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΟ ΟΣΗΣ Εµφάνιση χρωµατογραφήµατος Έλεγχος πιθανών παρεµποδίσεων στις χρωµατογραφικές κορυφές ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΥ ΦΟΡΕΑ Ποιοτικός προσδιορισµός σύστασης φορέα Ποσοτικός προσδιορισµός σύστασης φορέα Πειράµατα υπολογισµού διαλυτότητας κορεσµού στους τελικούς φορείς ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΓΕΛΩΝ ΠΟΣΟΤΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΓΕΛΩΝ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ ΣΤΟ ΙΑΛΥΜΑ ΤΟΥ ΥΠΟ ΟΧΕΑ IN VITRO ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΙΑ ΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΙΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ (EXPLORATORY DATA ANALYSIS) ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Eπίδραση των επιταχυντών διαβατότητας στη διαδερµική διαπέραση της ρισπεριδόνης Υπολογισµός «διαφορικού» αποτελέσµατος ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΤΩΝ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΩΝ ΙΑΒΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗ ΙΑ ΕΡΜΙΚΗ ΙΑΠΕΡΑΣΗ ΤΗΣ ΡΙΣΠΕΡΙ ΟΝΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΠΙΘΥΜΗΤΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΙΑ ΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΡΑΣΤΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ (ΕΡ ) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΑ ΑΓΓΛΙΚΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

5 1 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 5

6 1.1 ιαδερµικά θεραπευτικά συστήµατα Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί αρκετά συστήµατα διαδερµικής χορήγησης φαρµάκου, µε σκοπό την ελεγχόµενη αποδέσµευση της δραστικής ουσίας στον ιστόστόχο, τη ρύθµιση της δόσης και την αποφυγή των παρενεργειών σε άλλα συστήµατα του οργανισµού. Οι µέθοδοι αυτές αποτελούν µία εναλλακτική µη-επεµβατική λύση, απέναντι στην επώδυνη κι επισφαλή, κάποιες φορές, χρήση των ενδοφλέβιων µεθόδων ή στην έµµεση οδό της χορήγησης από το γαστρεντερικό σύστηµα 1. Οι µέθοδοι χορήγησης φαρµάκου από το δέρµα διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες, ανάλογα µε την κατανοµή της δραστικής ουσίας σε συγκεκριµένες περιοχές του οργανισµού: Τοπική/ ερµατική χορήγηση (Topical/Dermal drug delivery): εφαρµογή για την τοπική φροντίδα του δέρµατος ή τη θεραπεία δερµατικών παθήσεων π.χ. ακµή. Τοπική/Περιφερειακή χορήγηση (Topical/Regional drug delivery): χορήγηση µε στόχο την τοπική ανακούφιση στους ιστούς που βρίσκονται αµέσως κάτω από την περιοχή της εφαρµογής π.χ. οστεοαρθρίτιδα. ιαδερµική χορήγηση (Transdermal drug delivery, TDD): ελεγχόµενη χορήγηση διαµέσου του δέρµατος που στοχεύει στη συστηµατική κατανοµή του φαρµάκου στον οργανισµό 2. Αρκετά συστήµατα τοπικής και διαδερµικής χορήγησης φαρµάκου χρησιµοποιούν την παθητική διάχυση της ουσίας, που συνοδεύεται από διαφορετικούς βαθµούς απορρόφησης και συστηµατικής κατανοµής. H διαδερµική χορήγηση φαρµακευτικών ουσιών παρουσιάζει κάποια σηµαντικά πλεονεκτήµατα σε σχέση µε τη συµβατική χορήγηση αυτών 3. Ειδικότερα: 1. ιατήρηση σταθερών επιπέδων φαρµάκου στο αίµα και έλεγχο του ρυθµού αποδέσµευσης του φαρµάκου. 2. υνατότητα για έλεγχο της δόσης που χορηγείται στον ασθενή και καλύτερη συµµόρφωση του µε τη θεραπεία. 6

7 3. Αποφυγή του φαινοµένου της πρώτης διόδου στο ήπαρ, που συνεπάγεται αυξηµένη βιοδιαθεσιµότητα 4. Αποφυγή αλληλεπιδράσεων µε την τροφή και το περιεχόµενο του γαστρεντερικού συστήµατος. 5. Σχετικά ανώδυνη και µη επεµβατική µέθοδος θεραπείας. 6. Μείωση της συχνότητας χορήγησης και απλούστευση του δοσολογικού σχήµατος: Μείωση της συχνότητας χορήγησης από τις 2-4 φορές την ηµέρα για την από του στόµατος χορήγηση, σε 1, 2 ή 7 φορές την εβδοµάδα. 7. Σχετικά χαµηλό κόστος και εύκολη εφαρµογή και σε εξωνοσοκοµειακό περιβάλλον. 8. Ελεγχόµενη και ασφαλής χορήγηση φαρµάκων µε στενό θεραπευτικό εύρος συγκεντρώσεων. 9. Ταχύτητα και αµεσότητα στο χρόνο δράσης. 10. υνατότητα άµεσης διακοπής της θεραπείας, µε απλή αποµάκρυνση του διαδερµικού θεραπευτικού προϊόντος από το δέρµα. Παράλληλα όµως δηµιουργούνται και κάποιοι περιορισµοί κατά την κλινική εφαρµογή τους. Ειδικότερα: 1. Η ικανότητα επικόλλησης εξαρτάται από τις παραµέτρους του δέρµατος και επηρεάζεται αρνητικά σε διάφορες παθολογικές καταστάσεις. 2. Η µέθοδος αυτή δεν µπορεί να εφαρµοστεί για όλες τις κατηγορίες φαρµάκων, καθώς υπάρχουν αρκετοί περιορισµοί για τη µορφοποίηση µιας δραστικής ουσίας σε διαδερµικό θεραπευτικό σύστηµα. 3. Υπάρχει πιθανότητα πρόκλησης ερεθισµών και ευαισθητοποίησης του δέρµατος στην περιοχή που εφαρµόζεται η θεραπεία. Σε περίπτωση κακού χειρισµού θα µπορούσε να προκληθεί µόνιµη βλάβη στην ανατοµία ή/και λειτουργία του δερµατοεπιδερµικού φραγµού. 4. Υπάρχει κίνδυνος πρόκλησης κάποιας µόλυνσης, π.χ. µε χρήση συστηµάτων µε µικροβελόνες. 5. Η διαπερατότητα του δέρµατος είναι µικρή και συνήθως δεν επιτρέπει την ικανοποιητική διαπέραση ξενοβιοτικών ουσιών 4. 7

8 1.1.2 Ιστορική αναδροµή Πριν περίπου 50 χρόνια επικρατούσε ακόµη η άποψη από πολλούς επιστήµονες ότι το δέρµα είναι αδιαπέραστο για τις περισσότερες χηµικές ουσίες. Χρειάστηκαν οι εργασίες των Feldemann και Maibach 5 για να αποδείξουν ότι ουσίες µε µοριακό βάρος κάτω των 600 daltons και µε κατάλληλες φυσικοχηµικές ιδιότητες, όπως η λιποφιλία, είναι δυνατόν να διαπεράσουν το φυσιολογικό δέρµα. Τα ευρήµατα αυτά άνοιξαν το δρόµο για την έρευνα της δυνατότητας χορήγησης φαρµάκων διαµέσου του δέρµατος, είτε για εν τω βάθει τοπική, είτε για συστηµική δράση 6. Σήµερα κυκλοφορούν στο εµπόριο ΘΣ για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών. Τα φάρµακα που µέχρι τώρα έχουν µορφοποιηθεί σε ΘΣ είναι η νιτρογλυκερίνη, η φεντανύλη, η σκοπολαµίνη, η τεστοστερόνη, η νικοτίνη, η προγεστερόνη σε συνδυασµό µε οιστρογόνα ως αντισυλληπτικό, η σελεγιλίνη, η κλονιδίνη, η βουπρενορφίνη, η µεθυλφαινιδάτη, η κυανοκοβολαµίνη και η ριβοστιγµίνη 7. Η φεντανύλη 8 είναι ένα ηµισυνθετικό οπιοειδές µε αναγνωρισµένη ενδοφλέβια αναισθητική και αναλγητική δράση, 80 φορές ισχυρότερη της παρεντερικής µορφίνης. Το χαµηλότερο µοριακό βάρος και η υψηλή λιποδιαλυτότητα της φεντανύλης διευκολύνουν την απορρόφηση από το δέρµα. Η διαδερµική φεντανύλη είναι αποτελεσµατική και καλά ανεκτή για την αντιµετώπιση του καρκινικού πόνου. H τριήµερη διάρκεια δράσης είναι σοβαρό πλεονέκτηµα για τους ασθενείς που πρέπει να λαµβάνουν σταθερή δόσης οπιοειδούς. Η σκοπολαµίνη 9 είναι πολύ δραστική για την πρόληψη της ναυτίας, αλλά, όταν χορηγείται παρεντερικά ή από το στόµα, παρουσιάζει µεγάλη συχνότητα εµφάνισης ανεπιθύµητων ενεργειών. Η διαδερµική χορήγηση µε ΘΣ που εφαρµόζεται πίσω από το αυτί επιτυγχάνει χαµηλά αλλά δραστικά επίπεδα συγκέντρωσης του φαρµάκου στο πλάσµα, µε διάρκεια δράσης 72 ώρες. Αντισυλληπτικά ΘΣ έχουν εγκριθεί από τον FDA από το ιατηρούν χαµηλά επίπεδα οιστρογόνων και προλαµβάνουν την ωορρηξία. Ο σχεδιασµός τους αποτελείται από διάταξη τύπου reservoir. Η δόση αποδέσµευσης του φαρµάκου ρυθµίζεται από τον τύπο της µεµβράνης, από την αντίσταση του δέρµατος στη διάχυση κι από τη θερµοδυναµική δράση του φαρµάκου. 8

9 Το 2006, η Bristol-Myers Squib Co. παρουσίασε το πρώτο δερµατικό έµπλαστρο κατά της κατάθλιψης των ενηλίκων µε σελεγιλίνη 11. Το διαδερµικό σύστηµα δρα καθόλη τη διάρκεια του 24ώρου όπως και τα αντικαπνιστικά διαδερµικά συστήµατα, χορηγώντας έναν αναστολέα της µονοαµινοοξειδάσης διαµέσου του δέρµατος. Αφού έχουν περάσει ήδη τέσσερα χρόνια για να λάβει την έγκριση από τον FDA, το προϊόν έχει κυκλοφορήσει στις Η.Π.Α. από τον Απρίλιο του Μέρη διαδερµικού θεραπευτικού συστήµατος 12 Ένα τυπικό διαδερµικό θεραπευτικό σύστηµα αποτελείται από τα παρακάτω µέρη: 1. Προστατευτική αφαιρούµενη µεµβράνη (release liner). 2. Tο ρεζερβουάρ του φαρµάκου (drug reservoir) 3. Πιεσοευαίσθητα συγκολλητικά, που χρησιµεύουν για την επικόλληση του ΘΣ στο δέρµα (adhesive). Tα συγκολλητικά αυτά υλικά θα πρέπει να πληρούν τις εξής προδιαγραφές: -Να κολλούν σταθερά στο δέρµα και να αποµακρύνονται εύκολα. -Να µην αφήνουν υπολείµµατα στο δέρµα µετά την αποµάκρυνσή τους. -Να µην προκαλούν ερεθισµό στο δέρµα. - Να είναι χηµικά συµβατά µε τη δραστική ουσία, τους διαλύτες και τα έκδοχα. -Να µην επηρεάζουν τη διαδερµική απορρόφηση του φαρµάκου. 4. Μεµβράνη ελέγχου του ρυθµού αποδέσµευσης του φαρµάκου, σε συστήµατα τύπου δεξαµενής ή πολλαπλών στρώσεων (rate-controlling membrane). Πολυµερή που χρησιµοποιούνται για τη δηµιουργία αυτής της µεµβράνης είναι: - Φυσικά πολυµερή, όπως παράγωγα κυτταρίνης, κήρους, πρωτεΐνες, φυσικά κόµµεα κ.ά. 9

10 -Συνθετικά ελαστοµερή, όπως πολυβουταδένιο, πολυσιλοξυλάνη, νιτρίλιο, νεοπρένιο κ.ά. -Συνθετικά πολυµερή, όπως πολυαιθυλένιο, πολυβινυλική αλκοόλη, πολυπροπυλένιο, πολυουρία κ.ά. 5. Μεµβράνη υποστήριξης (backing film). Προστατεύει το ΘΣ από το εξωτερικό περιβάλλον Κατηγορίες διαδερµικών θεραπευτικών συστηµάτων Μονής επίστρωσης (Single-layer Drug-in-Adhesive) Σχήµα 1: Συστήµατα µονής επίστρωσης Τα συστήµατα µονής επίστρωσης αποτελούνται από το συγκολλητικό στρώµα, την εξωτερική µεµβράνη και τη στιβάδα στήριξης 13. Σε αυτόν τον τύπο ΘΣ το συγκολλητικό στρώµα όχι µόνο χρησιµεύει στο να συγκρατεί τα διάφορα στρώµατα µαζί και στην επικόλληση του ΘΣ στο δέρµα, αλλά είναι επίσης αρµόδιο για την απελευθέρωση του φαρµάκου. Το φάρµακο µαζί µε τα διάφορα έκδοχα περιέχονται στο συγκολλητικό στρώµα. Ο ρυθµός αποδέσµευσης του φαρµάκου εξαρτάται από το ρυθµό διάχυσης του φαρµάκου διαµέσου του δέρµατος Πολλαπλών επιστρώσεων (Multi-layer Drug-in-Adhesive) Σχήµα 2: Συστήµατα πολλαπλών επιστρώσεων 10

11 Τα συστήµατα πολλαπλών επιστρώσεων 14 είναι παρόµοια µε αυτά µονής στρώσης, καθώς και στα δύο τα συγκολλητικά στρώµατα είναι αρµόδια για την απελευθέρωση του φαρµάκου. Το πολυστρωµατικό σύστηµα διαφέρει στο ότι προσθέτει άλλο ένα στρώµα συγκολλητικού, που χωρίζεται από το πρώτο συνήθως από µια µεµβράνη Σύστηµα δεξαµενής (Reservoir) Σχήµα 3: Σύστηµα δεξαµενής Τα συστήµατα δεξαµενής αποτελούνται από τη στιβάδα στήριξης, το τµήµα της δεξαµενής του φαρµάκου, τη διαπερατή µεµβράνη που ελέγχει το ρυθµό αποδέσµευσης, τη συγκολλητική στιβάδα και την εξωτερική µεµβράνη. Το φάρµακο αποθηκεύεται σε ένα υγρό διαµέρισµα, στο οποίο βρίσκεται είτε υπό µορφή κορεσµένου διαλύµατος είτε υπό µορφή οµοιογενούς διασποράς και η αποδέσµευση του εξαρτάται από το υλικό της δεξαµενής που περιέχει το φάρµακο. Μειονέκτηµα των συστηµάτων αυτών είναι ότι η διαπερατή µεµβράνη είναι σχετικά εύθραυστη και υπάρχει κίνδυνος καταστροφής της µε αποτέλεσµα την ταχεία αποδέσµευση του φαρµάκου Σύστηµα µήτρας (Matrix) Σχήµα 4: Σύστηµα µήτρας Τα συστήµατα µήτρας αποτελούνται από τη στιβάδα στήριξης, την στιβάδα της µήτρας, τη συγκολλητική στιβάδα και την εξωτερική µεµβράνη. Η φαρµακευτική ουσία κατανέµεται ή ενσωµατώνεται εντός της µήτρας, δηλαδή µιας ηµιστερεής 11

12 µάζας πολυµερούς υλικού, και η αποδέσµευση της εξαρτάται από τις φυσικοχηµικές ιδιότητες του φαρµάκου και της µήτρας Χαρακτηριστικά ιδανικού ΘΣ Ανεξαρτήτως του τύπου του ΘΣ, το ιδανικό τελικό προϊόν θα πρέπει να έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Επιθυµητό χρόνο ζωής (µεγαλύτερο των 2 ετών). 2. Κατάλληλο µέγεθος (µικρότερο των 40 cm 2 ) Επιθυµητή συχνότητα χορήγησης (π.χ. µια φορά την ηµέρα έως µια φορά την εβδοµάδα). 4. Να είναι αισθητικά αποδεκτό (π.χ. να έχει κατάλληλο χρώµα). 5. Κατάλληλη συσκευασία, ώστε τα βήµατα που απαιτούνται από τον ασθενή για την εφαρµογή του συστήµατος στο δέρµα να είναι τα λιγότερα δυνατά και οι κινήσεις να µπορούν να γίνουν χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία. 6. Εύκολη αποµάκρυνση της αποµακρυνόµενης εξωτερικής µεµβράνης. Η ευκολία των κινήσεων θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη γιατί τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούνται από ηλικιωµένα άτοµα. 7. Επαρκής συγκόλληση στο δέρµα. Το ΘΣ θα πρέπει να διατηρείται σταθερό στη θέση του καθόλη τη διάρκεια εφαρµογής και να αποµακρύνεται χωρίς να προκαλεί τραυµατισµό οµή και λειτουργία του δέρµατος Το δέρµα είναι το µεγαλύτερο όργανο του σώµατος µε µέση επιφάνεια 1.8 τ.µ. για τους άνδρες και 1.6 τ.µ. για τις γυναίκες. Το βάρος του -χωρίς την υποδερµίδαανέρχεται στο 5-8% του συνολικού βάρους του σώµατος, δηλαδή περίπου 4 kg σε έναν ενήλικα µέσης σωµατικής διάπλασης. Το πάχος του δέρµατος ποικίλλει ανάλογα µε το φύλο και την ηλικία του ατόµου, καθώς και µε την περιοχή του σώµατος από την οποία προέρχεται. Είναι λεπτότερο στις γυναίκες, τα παιδιά και τους ηλικιωµένους και παχύτερο στους ενήλικες άνδρες. Επίσης είναι λεπτότερο στα βλέφαρα και τα αυτιά και παχύτερο στα πέλµατα, τον αυχένα και τους γλουτούς. Το χρώµα του δέρµατος οφείλεται τόσο στη φυσιολογική χρωστική ουσία µελανίνη, που απαντάται στην κεράτινη στιβάδα όσο και στη διαφορετική αιµάτωση των διαφόρων 12

13 περιοχών του ανθρώπινου σώµατος. Το χρώµα διαφέρει αναλόγως της φυλής, της ηλικίας, του φύλου και του τρόπου διαβίωσης. Το δέρµα αποτελείται από τις εξής στοιβάδες (από την εξωτερική επιφάνεια προς το εσωτερικό): Την επιδερµίδα (epidermis) Το κυρίως δέρµα ή χόριο ή δερµίδα (dermis) Τον υποδόριο ιστό ή υπόδερµα (hypodermis) Το χόριο και ο υποδόριος ιστός καλούνται επίσης και ζώσα επιδερµίδα Το δέρµα επίσης έχει και τα εξαρτήµατα του, τα οποία είναι οι αδένες (σµηγµατογόνοι και ιδρωτοποιοί), οι τρίχες και τα νύχια. Σχήµα 5: ιατοµή δέρµατος Επιδερµίδα Τα επιδερµιδικά κύτταρα που κερατινοποιούνται ονοµάζονται κερατινοκύτταρα. Από το χόριο και προς τα έξω, η επιδερµίδα αποτελείται από 5 στιβάδες κερατινοκυττάρων, που είναι: 1. Βασική ή µητρική στιβάδα (stratum basalis ή stratum germinativum ή basal cell layer). 13

14 Είναι βαθύτερη από τις στιβάδες της επιδερµίδας και αποτελείται από ένα στίχο επιθηλιακών κυττάρων κυλινδρικού ή κυβοειδούς σχήµατος τα οποία στηρίζονται στη βασική µεµβράνη της συµβολής επιδερµίδας-χορίου. Είναι εµπύρηνα κύτταρα µε ωοειδή ή επιµήκη πυρήνα, το κυτταρόπλασµα τους είναι πλούσιο σε ριβοσώµατα, µιτοχόνδρια και λυσοσώµατα ενώ συχνά περιέχουν και κοκκία µελανίνης, τα οποία µεταφέρονται από τα γειτονικά µελανοκύτταρα. Τα κύτταρα αυτά διατάσσονται το ένα δίπλα στο άλλο σαν πάσσαλοι ενός φράχτη και συνδέονται µεταξύ τους και µε τα υπερκείµενα ακανθώδη κύτταρα µε λεπτά πρωτοπλασµατικά ινίδια (τονοϊνίδια) που σχηµατίζουν τα δεσµοσώµατα. Τα δεσµοσώµατα σχηµατίζονται από πρωτοπλασµατικές παχύνσεις δύο γειτονικών κερατινοκυττάρων που συνδέονται. Στο κέντρο του δεσµοσώµατος υπάρχει η µεσοκυτταρική ουσία (συγκολλητική ουσία) που αναφέρεται επίσης ως γλυκοκάλυκας (glycocalyx) και περιέχει γλυκοπρωτεϊνες. Η βασική στιβάδα, η οποία περιέχει αρχέγονα κύτταρα, χαρακτηρίζεται από έντονη µιτωτική δραστηριότητα και είναι υπεύθυνη, µαζί µε την αρχική µοίρα της επόµενης στιβάδας, για τη συνεχή ανανέωση των επιδερµιδικών κυττάρων. Η επιδερµίδα του ανθρώπου ανανεώνεται κάθε ηµέρες, ανάλογα µε την περιοχή του σώµατος, την ηλικία και άλλους παράγοντες. Η βασική στιβάδα είναι η σπουδαιότερη από τις στιβάδες του δέρµατος επειδή όλες οι άλλες προέρχονται από αυτήν. Ως εκ τούτου ονοµάζεται και µητρική στιβάδα. 2. Μαλπιγιανή ή ακανθωτή στιβάδα (stratum spinosum ή squamous cell layer). Αποτελείται από 6-15 στίχους κυττάρων και αποτελεί την παχύτερη στιβάδα της επιδερµίδας. Λέγεται έτσι διότι τα δεσµοσώµατα που συνδέουν τα κύτταρα µεταξύ τους µοιάζουν µε άκανθες. Τα κύτταρα της στιβάδας αυτής, στους κατώτερους στίχους, είναι πολυεδρικά µε µεγάλο πυρήνα και άφθονο πρωτόπλασµα, ενώ στους ανώτερους καθίστανται πεπλατυσµένα και το πρωτόπλασµα περιέχει και γλυκογόνο. Μεταξύ των κυττάρων αυτής της στιβάδας υπάρχουν κενά διαστήµατα, οι µεσοκυττάριοι χώροι, εντός των οποίων κυκλοφορεί η λέµφος. Τα κύτταρα της στιβάδας αυτής συνδέονται µεταξύ τους µε µεσοκυττάριες γέφυρες, οι οποίες περιέχουν σε µεγάλο βαθµό τονικά νηµάτια και αυτά µε τη σειρά τους τονοϊνίδια. Οι σχηµατισµοί αυτοί ονοµάζονται και δεσµοσώµατα. Tα δεσµοσώµατα αποτελούν εφήµερους σχηµατισµούς γιατί τα κύτταρα της επιδερµίδας εξελίσσονται συνεχώς από τις κατώτερες στιβάδες προς τις ανώτερες. 14

15 3. Κοκκιώδης στιβάδα (stratum granulosum). Αποτελείται από 1-4 στίχους ροµβοειδών, πεπλατυσµένων κυττάρων. Ο πυρήνας των κυττάρων αυτών είναι ατελώς χρωµατισµένος και το κυτταρόπλασµά τους περιέχει τα λεγόµενα κοκκία κερατοϋαλίνης του Unna και µικρά στρογγυλά κερατινοσώµατα ή σωµάτια Odland. Η κοκκώδης στιβάδα περιέχει επίσης λιπίδια τα οποία αποβάλλονται στο µεσοκυττάριο διάστηµα και συµβάλλουν στην κυτταρική συνοχή. Το πάχος της κοκκιώδους στιβάδας είναι ανάλογο µε αυτό της κεράτινης στιβάδας. Εκεί που έχουµε λεπτή κεράτινη στιβάδα το πάχος της ακανθώδους κυµαίνεται µεταξύ µιας και τριών στοιβάδων, ενώ σε περιοχές που η κεράτινη στιβάδα είναι παχιά το πάχος της κοκκιώδους µπορεί να φτάσει και τα δέκα στρώµατα. Τα κοκκία κερατοϋαλίνης αποτελούν την πρόδροµο ουσία της κερατίνης. Τα µεγαλύτερα από αυτά αποτελούνται κυρίως από µια πλούσια σε ιστιδίνη πρωτεΐνη, την προφιλαγκρίνη. Η προφιλαγκρίνη έχει µεγάλο µοριακό βάρος και περιέχει σηµαντικό ποσοστό βασικών αµινοξέων. Κατά τη διαφοροποίηση των κοκκιωδών κυττάρων προς κερατινοκύτταρα της κεράτινης στιβάδας η προφιλαγκρίνη αποφωσφορυλιώνεται και µερικώς πρωτεολύεται σχηµατίζοντας τη φιλαγκρίνη. Η πρωτεόλυση αυτή αποτελεί µια πηγή αµινοξέων και παραγώγων τους, τα οποία συµβάλλουν στην προστασία της κεράτινης στιβάδας από την αφυδάτωση. Τα σωµάτια Οdland είναι µικρά ωοειδή οργανίδια µε διάµετρο 02,-0,3 µm. Απελευθερώνονται στο µεσοκυττάριο χώρο και συµβάλλουν στον επιδερµικό φραγµό. Επίσης εξασφαλίζουν τη σύνδεση των κερατινοκυττάρων µεταξύ τους. Συγκεκριµένα τα κερατινοσώµατα παράγουν ένα σύµπλεγµα ουδετέρων σακχάρων συνδεδεµένων µε λιπίδια ή πρωτεΐνες (γλυκοσφιγγολιπίδια και γλυκοπρωτεϊνες), υδρολυτικά ένζυµα και ελεύθερες στερόλες. Το σχηµατιζόµενο σύµπλεγµα που ελευθερώνεται από τα ανωτέρως διατεταγµένα κοκκιώδη κύτταρα πιθανώς δρα ως συγκολλητική ουσία µεταξύ των κυττάρων της κεράτινης στιβάδας. Συγχρόνως αυτό το σύµπλοκο καθιστά την κεράτινη στιβάδα αδιαπέραστη από το νερό ιαυγής στιβάδα (stratum lucidum ή stratum conjunctum). Βρίσκεται ανάµεσα στην κοκκιώδη και στην κεράτινη στιβάδα µόνο στις παλάµες και τα πέλµατα. Αποτελείται από 1-3 στίχους πεπλατυσµένων, απύρηνων κυττάρων. Το 15

16 κυτταρόπλασµα είναι διάφανο και περιέχει την ουσία ελαιοειδίνη. Η ουσία αυτή είναι πιθανώς προϊόν αποσύνθεσης της κερατοϋαλίνης και έχει τις χρωστικές ιδιότητες των λιπών και λιποειδών. Τα οργανίδια και οι πυρήνες δεν φαίνονται πια και το κυτταρόπλασµα αποτελείται κυρίως από στοιβαγµένα σφικτά µεταξύ τους νηµάτια κλεισµένα µέσα σε µια ηλεκτρονικά πυκνή θεµέλια ουσία. 5. Κεράτινη στιβάδα (stratum corneum). Είναι η τελική εξωτερική στιβάδα της επιδερµίδας και αποτελείται από επιπεδωµένα, απύρηνα, οµοιογενή, οξεόφιλα κύτταρα (πετάλια). Το πάχος διαφέρει στα διάφορα σηµεία του σώµατος, µε µεγαλύτερο αυτό στις παλάµες και τα πέλµατα όπου φτάνει να αποτελεί το 50% όλου του πάχους της επιδερµίδας. Η οµοιογενής και οξεόφιλη φύση της κεράτινης στιβάδας οφείλεται στην κερατίνη, µια πρωτεϊνική ουσία αποτελούµενη από πολυάριθµα αµινοξέα. Τα σηµαντικότερα από αυτά είναι η τυροσίνη, η τρυπτοφάνη και η κυστεϊνη. Η περιεκτικότητα της κεράτινης στιβάδας σε νερό διαφέρει σηµαντικά σε σχέση µε τις υπόλοιπες στιβάδες του δέρµατος (5mg νερού επί 100gr ξηρού βάρους) 26. Σύµφωνα µε νεότερες µελέτες, το µοντέλο που περιγράφει καλύτερα τη δοµή της κεράτινης στιβάδας είναι το διαµερισµατικό µοντέλο ( brick and mortar model ). Σύµφωνα µε αυτό, τα πλούσια σε πρωτεΐνες κύτταρα της κεράτινης στοιβάδας αποτελούν τα «τούβλα» ( bricks ) που παρέχουν την αναγκαία στήριξη και δύναµη στον δερµατικό φραγµό. Το ρόλο του «τσιµέντου» ( mortar ) έχουν τα λιπίδια που είναι διατεταγµένα µε την µορφή λιπιδικών διπλοστιβάδων. Οι λιπιδικές διπλοστιβάδες αποτελούνται από κεραµίδια, ελεύθερες στερόλες (κυρίως χοληστερόλη), ελεύθερα λιπαρά οξέα, σφιγγολιπίδια και µη πολικά λιπίδια. Είδος λιπιδίου Ζώσα επιδερµίδα (%) Κεράτινη στοιβάδα (%) Φωσφολιπίδια 40 - Σφιγκολιπίδια Χοληστερόλη Τριγλυκερίδια 25 - Λιπαρά οξέα 5 25 Άλλα λιπίδια

17 Πίνακας 1: Σύσταση των λιπιδίων της επιδερµίδας 27 Τα κερατινοκύτταρα περιβάλλονται επίσης από µία πρωτεϊνική δοµή (φάκελος) η οποία περιέχει µία στιβάδα λιπιδίων ενωµένα µε δεσµούς εστέρα. Τα κύτταρα της κεράτινης στιβάδας συνενώνονται σταθερά µεταξύ τους και δηµιουργούν φραγµό προς το περιβάλλον προσδίδοντας στο δέρµα µία σηµαντική ιδιότητα, την αδιαπερατότητα. Στην κεράτινη στοιβάδα οφείλεται η κυριότερη αντίσταση στην διείσδυση και διαπέραση ουσιών από το δέρµα καθώς και η διατήρηση της υγρασίας του δέρµατος 28. Σχήµα 6: ιαµερισµατικό µοντέλο για τη δοµή της κεράτινης στιβάδας ( brick and mortar model ) 29 Η αντικατάσταση των συνεχώς αποπίπτοντων κυττάρων της επιδερµίδας καθίσταται δυνατή µέσα από τον διαρκή πολλαπλασιασµό των κυττάρων της βασικής στιβάδας, τα οποία προοδευτικά διαφοροποιούνται και µετακινούνται συνεχώς προς την επιφάνεια. Η διάρκεια ωρίµανσης των κυττάρων, ο χρόνος δηλαδή που µεσολαβεί από την έναρξη του πολλαπλασιασµού των κυττάρων της βασικής στιβάδας µέχρι την απόπτωση των νεκρών πλέον κυττάρων της κεράτινης στιβάδας είναι κατά µέσον όρο 28 ηµέρες. Σε παθολογικές καταστάσεις η ωρίµανση των κυττάρων µπορεί να επιταχυνθεί, όπως π.χ. στην ψωρίαση 30. Σχήµα 7: Οι στιβάδες της επιδερµίδας 31 17

18 Κυτταρικές δοµές της επιδερµίδας Οι τύποι των κυττάρων που απαντώνται στην επιδερµίδα είναι οι εξής: 1. Τα επιθηλιακά κύτταρα (κερατινοκύτταρα) 2. Τα µελανοκύτταρα 3. Τα κύτταρα του Langerhans 4. Τα κύτταρα του Merkel Τα κερατινοκύτταρα είναι τα κύτταρα που κατακλύζουν την επιδερµίδα. Ξεκινάνε από τη βασική στιβάδα, όπου παρουσιάζουν και τη µεγίστη µιτωτική δραστηριότητα. Έχουν ένα µεγάλο βαθυχρωµατικό πυρήνα µε ένα ή περισσότερα πυρήνια. Το κυτταρόπλασµα των κερατινοκυττάρων περιέχει ριβοσώµατα, µιτοχόνδρια και τονοϊνίδια δηλαδή πολυπεπτίδια που συµµετέχουν στην κατασκευή των δεσµοσωµάτων, τα οποία συνδέουν τα κύτταρα της επιδερµίδας µεταξύ τους. Το κάθε κερατινοκύτταρο κινείται προς τις εξωτερικές στιβάδες για να φτάσει τελικά στην κεράτινη στιβάδα. Η διαδικασία του κερατινοκυττάρου, η οποία ξεκινάει από τη βασική στιβάδα, υφίσταται µεγάλο αριθµό µεταβολών και τελικά καταλήγει στην κεράτινη στιβάδα σαν απύρηνο, αποπλατυσµένο πετάλιο λέγεται κερατινοποίηση. H κερατινοποίηση διαρκεί 28 ηµέρες. Τα µελανοκύτταρα βρίσκονται µεταξύ και κάτω από το κύτταρα της βασικής στιβάδας και είναι υπεύθυνα για την παραγωγή της µελανίνης. Η ποσοτική τους σχέση µε τα κύτταρα της βασικής στιβάδας είναι 1:5. Τα µελανοκύτταρα είναι κύτταρα νευρογενούς προέλευσης και φέρουν δενδρίτες που διακλαδίζονται µεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων. Οι δενδρίτες είναι γεµάτοι από µελανοσώµατα (κοκκία που περιέχουν µελανίνη προερχόµενη από τη διαδικασία της µελανογένεσης). O αριθµός των µελανοκυττάρων είναι ο ίδιος σε όλες τις φυλές, διαφέρουν όµως στον αριθµό και το µέγεθος των µελανοσωµάτων. Τα µελανοσώµατα που βρίσκονται στους δενδρίτες φαγοκυτταρώνονται από τα επιθηλιακά κύτταρα, περιβάλλουν τον πυρήνα των κυττάρων αυτών και τα προστατεύουν από την υπεριώδη ακτινοβολία. Κάθε µελανοκύτταρο "αρδεύει" αρκετά επιθηλιακά κύτταρα. 18

19 Τα κύτταρα του Langerhans (LC) είναι δενδριτικά κύτταρα µεσεγχυµατικής προέλευσης και σχηµατίζουν ένα δίκτυο κυττάρων ανάµεσα στην ακανθωτή και τη βασική στιβάδα. Ένα από τα χαρακτηριστικά τους στοιχεία είναι η παρουσία ενός οργανιδίου στα κύτταρα που ονοµάζεται κοκκίο του Birbeck. Τα LC συµµετέχουν στην ανοσολογική λειτουργία και είναι υπεύθυνα για την αναγνώριση και παρουσίαση των αλλεργιογόνων στα λεµφοκύτταρα. Η δράση τους είναι παρόµοια µε εκείνη των µακροφάγων κυττάρων. Παρεµβαίνουν σε πολλές δερµατοπάθειες όπως π.χ. η δερµατίτιδα εξ επαφής. Τα κύτταρα του Merkel είναι νευρο-ενδοκρινή κύτταρα και διαθέτουν κοκκία, δεσµοσωµάτια και ίνες κερατίνης. Εξυπηρετούν την αισθητική λειτουργία του δέρµατος και είναι άφθονα σε περιοχές µεγάλης ευαισθησίας. Βρίσκονται τοποθετηµένα στη βασική στιβάδα της επιδερµίδας, στα εξαρτήµατα του δέρµατος και στους βλεννογόνους. Είναι διεσπαρµένα ή σχηµατίζουν συσσωµατώµατα οπότε και καλούνται σωµάτια του Merkel Η χοριοεπιδερµική ένωση Η ένωση επιδερµίδας και χορίου γίνεται µε καταδύσεις της επιδερµίδας στο χόριο και αντίστοιχες αναδύσεις του χορίου γνωστές θηλές. Μία µεµβράνη, η βασική µεµβράνη χωρίζει την επιδερµίδα από το χόριο και αποτελείται από δύο λεπτά πέταλα διακριτά µε το ηλεκτρονικό µικροσκόπιο. Το πέταλα αυτά είναι το διαυγές πέταλο (Lamina Lucida) σε επαφή µε τη βασική στιβάδα και το πυκνό πέταλο (Lamina densa) σε επαφή µε το χόριο. Το πυκνό πέταλο είναι πλούσιο σε ινίδια κολλαγόνου, σαν άγκυρες (anchoring fibrils), τα οποία "δένουν" την επιδερµίδα µε το χόριο. Η δερµοεπιδερµιδική ένωση εξασφαλίζει µηχανική υποστήριξη της επιδερµίδας και λειτουργεί και σαν ηµιδιαπερατό φίλτρο που ρυθµίζει τη δίοδο ουσιών από τα έξω προς τα µέσα και αντίστροφα. Επίσης παίζει σηµαντικό ρόλο στη θρέψη της επιδερµίδας. 19

20 Το χόριο ή κυρίως δέρµα Το χόριο βρίσκεται ανάµεσα στην επιδερµίδα και τον υποδόριο ιστό και αποτελείται από ίνες, κύτταρα και βασική ουσία Επίσης περιέχει αγγεία και νεύρα. Η κύρια λειτουργία του είναι η θρέψη και στήριξη της επιδερµίδας. Τα κύτταρα που βρίσκονται στο χόριο είτε παράγονται σε αυτό είτε µεταναστεύουν από άλλο τόπο παραγωγής. Ανήκουν στο δικτυοενθηλιακό ή λεµφικό σύστηµα. Μία κατηγορία αποτελούν οι ινοβλάστες ή σταθερά συνδετικά κύτταρα, οι οποίοι είναι επιµήκη, ωοειδή κύτταρα µε ωχρό κυτταρόπλασµα και διαυγή, ατρακτοειδή πυρήνα. Οι ινοβλάστες συνθέτουν 3 ειδών ίνες, τις κολλαγόνους ίνες, τις ελαστικές ίνες και τις δικτυωτές ίνες. Μία δεύτερη κατηγορία συγγενική µε τους ινοβλάστες είναι τα ιστιοκύτταρα. Αυτά έχουν λιγότερο επίµηκες σχήµα και µεγαλύτερο πυρήνα. Τα ιστιοκύτταρα παρουσιάζουν έντονη κινητικότητα και έχουν φαγοκυτταρικό ρόλο. Επίσης στο χόριο υπάρχουν σε ελάχιστες ποσότητες τα σιτευτικά κύτταρα, τα πλασµατοκύτταρα, τα λεµφοκύτταρα, τα πολυµορφοπύρηνα, τα ουδετερόφιλα και τα εωσινόφιλα. Τα τελευταία είναι κυρίως αιµατικής προέλευσης. Οι ίνες του χορίου διακρίνονται σε κολλαγόνους, ελαστικές και δικτυωτές. Οι κολλαγόνες ίνες διατάσσονται σε δεµάτια τα οποία διαπλέκονται µεταξύ τους µε δικτυωτό τρόπο. Αποτελούν το µεγαλύτερο µέρος του συνδετικού ιστού του δέρµατος. Οι ελαστικές ίνες είναι σχετικά λεπτές και αναστοµώνονται µεταξύ τους, σχηµατίζοντας δίκτυο σε όλο το πάχος του δέρµατος. Ρόλος τους είναι να εξασφαλίζουν την ελαστικότητα του δέρµατος, Τέλος, οι δικτυωτές ίνες είναι λεπτές και βρίσκονται σε µεγάλο αριθµό στο θηλώδες σώµα, όπου συµµετέχουν στο σχηµατισµό της χοριοεπιδερµικής ένωσης Υποδόριος ιστός Ο υποδόριος ιστός (ή υποδερµίδα) αποτελείται από δίκτυο συνδετικού ιστού, αποτελούµενου από κολλαγόνο και ελαστικές ίνες. Μέσα σε αυτόν υπάρχουν γεµάτοι από αθροίσµατα λιπωδών κυττάρων, τα λόβια. Τα λιπώδη κύτταρα είναι µεγάλα σε µέγεθος και γεµάτα από λίπος, το οποίο έχει απωθήσει προς την περιφέρει τον πυρήνα και το λιγοστό κυτταρόπλασµα. Το σύνολο των λοβίων καλείται υποδόριο λίπος. Το ποσό του υποδόριου λίπους είναι διαφορετικό από άτοµο σε άτοµο και στις 20

21 διάφορες περιοχές του ανθρώπινου σώµατος. Αφθονεί στους µαστούς, την κοιλιά, τους γλουτούς και είναι σχεδόν ανύπαρκτο στα βλέφαρα, τη µύτη, τα χείλια και τα αυτιά. Από τον υποδόριο ιστό διέρχονται τα αγγεία και τα νεύρα του δέρµατος και µέσα από αυτόν γίνεται η σύνδεση του δέρµατος µε τους υποκείµενους ιστούς και όργανα. Ο υποδόριος ιστός λειτουργεί ως θερµοµονωτικό υλικό, ως διαµέρισµα αποθήκευσης θρεπτικών ουσιών και ως απορροφητικό υλικό των δονήσεων Αγγεία του δέρµατος Η αιµάτωση του δέρµατος γίνεται χάρη στην ύπαρξη πολυάριθµων αγγείων τα οποία βρίσκονται στην υποδερµίδα και το χόριο, ενώ η επιδερµίδα τρέφεται αποκλειστικά από τον ορό και τη λέµφο. Τα αγγεία του δέρµατος χωρίζονται σε αρτηρίες, φλέβες και λεµφαγγεία. Α) Αρτηρίες. Προέρχονται από τις µυϊκές αρτηρίες ή αποτελούν καθαρά αρτηρίες του δέρµατος. Σχηµατίζουν διακλαδώσεις στην κάτω επιφάνεια του χορίου, το λεγόµενο υποχοριοειδές δίκτυο. Τα κατιόντα αρτηρίδια που είναι υπεύθυνα για την αιµάτωση των λιπωδών λοβίων, των βολβών των τριχών και το σπείραµα των ιδρωτοποιών αδένων σχηµατίζουν το υποθηλεοειδές δίκτυο. Στο δέρµα υπάρχουν οι κύριες αγγειακές περιοχές, οι οποίες αιµατώνονται καλά και οι δευτερεύουσες αγγειακές περιοχές, οι οποίες παρουσιάζουν λιγότερο έντονη αιµάτωση. Β) Φλέβες. Οι φλέβες του δέρµατος εκφύονται από το τριχοειδές φλεβίδιο και είναι παράλληλες προς τις φλεβικές αρτηρίες, έχοντας όµως αντίθετη φορά ροής. Σχηµατίζουν αντίστοιχα δύο φλεβικά δίκτυα, το υποθηλοειδές και το υποχοριοειδές, τα οποία απάγουν το φλεβικό αίµα του δέρµατος. Οι φλέβες έχουν λεπτότερο τοίχωµα από τις αρτηρίες και ο αυλός τους είναι ευρύτερος. Γ) Λεµφαγγεία. Τα λεµφαγγεία ξεκινούν από τις θηλές του χορίου ως λεµφοφόρα τριχοειδή µε τυφλό και ανευρυσµένο άκρο. Σχηµατίζουν στη θηλώδη στιβάδα του χορίου το υποθηλώδες λεµφικό δίκτυο µε ευρύτερα αγγεία, τα λεµφαγγεία, που γίνονται ακόµη µεγαλύτερα καθώς ακολουθούν την πορεία των αιµοφόρων αγγείων

22 Νεύρα του δέρµατος Η νεύρωση του δέρµατος διαθέτει ένα πλούσιο δίκτυο από νευρικούς σχηµατισµούς και από ελεύθερες νευρικές απολήξεις. Τα νεύρα του δέρµατος παίζουν αµφίδροµο ρόλο καθώς όχι µόνο λαµβάνουν ερεθίσµατα από το εξωτερικό περιβάλλον αλλά στέλνουν και σήµατα από το κεντρικό νευρικό σύστηµα σε αυτό, επηρεάζοντας σηµαντικά τις λειτουργίες του και πυροδοτώντας διαδικασίες όπως φλεγµονής, ανοσοαντίδρασης κ.ά. 33 Η νεύρωση του δέρµατος προέρχεται τόσο από το ζωικό, όσο και από το αυτόνοµο (φυτικό) νευρικό σύστηµα. Στο φυτικό νευρικό σύστηµα ανήκουν οι κλάδοι που διανέµονται στους αδένες, τα αγγεία και τους ορθωτήρες µύες των τριχών. Στο ζωικό νευρικό σύστηµα ανήκουν οι κλάδοι που προέρχονται από τα αισθητικά νεύρα και εξυπηρετούν κυρίως τη λειτουργία του δέρµατος ως αισθητηρίου οργάνου. Οι κλάδοι αυτοί παραλαµβάνουν διεγέρσεις από ειδικά υποδεκτικά όργανα που βρίσκονται σε όλο το πάχος του δέρµατος και είναι τα εξής: Στην επιδερµίδα: α. Ελεύθερες νευρικές απολήξεις, οι οποίες παραλαµβάνουν διεγέρσεις σχετικές µε τον πόνο. Εισχωρούν στη βασική στιβάδα και καταλήγουν στη µαλπιγγιανή στιβάδα. β. Απτικοί δίσκοι (κύτταρα Merkel), οι οποίοι εξυπηρετούν την αφή. Εντοπίζονται στη βασική στιβάδα. γ. Τα κύτταρα του Langerhans, τα οποία συµµετέχουν στην ανοσολογική λειτουργία. Στο χόριο: α. Ελεύθερες νευρικές απολήξεις, οι οποίες εξυπηρετούν τον πόνο και βρίσκονται κυρίως στη θηλώδη στιβάδα. β. Απτικά σωµάτια (σωµάτια Meissner), τα οποία εξυπηρετούν την αίσθηση της λεπτής αφής και εντοπίζονται στις θηλές του άτριχου δέρµατος. Αποτελούνται από εµµύελες και αµύελες νευρικές ίνες και όλο το σωµάτιο περιβάλλεται από κάψα συνδετικού ιστού. Παραλλαγή αυτών αποτελούν τα σωµάτια του Dogiel, τα οποία είναι σχετικά µικρότερα σε µέγεθος και βρίσκονται στα βαθύτερα στρώµατα του χόριου. γ. Σωµάτια του Krause, τα οποία εντοπίζονται στη θηλώδη στιβάδα του χορίου, ιδιαίτερα στα χείλη και τη γλώσσα και εξυπηρετούν την αίσθηση του ψύχους. δ. Γεννητικά νευροσωµάτια, παρόµοια µε τις κορύνες του Krause, αλλά πιο ογκώδη, τα οποία παραλαµβάνουν διεγέρσεις σχετικές µε την αίσθηση της ηδονής. Εντοπίζονται στα γεννητικά όργανα. ε. Σωµάτια του Ruffini. Αυτά εντοπίζονται στον υποδόριο ιστό των δακτύλων και στο χόριο και εξυπηρετούν την αίσθηση της θερµότητας. στ. Περιτρίχιες απολήξεις, οι οποίες εξαπλώνονται κυρίως γύρω από τον ινώδη θύλακο της τρίχας και βοηθούν στην αίσθηση της πίεσης. 22

23 Στον υποδόριο ιστό: α. Πεταλιώδη σωµάτια (Vater-Paccini), τα οποία εντοπίζονται κυρίως στο άτριχο δέρµα και γύρω από τη γεννητική περιοχή. Περιβάλλονται εξωτερικά από κάψα και διαθέτουν εµµύελες νευρικές ίνες. Εξυπηρετούν την αίσθηση της αφής και της ισχυρής πίεσης και είναι ευαίσθητα στις δονήσεις. β. Σωµάτια Golgi-Mazzoni, τα οποία εντοπίζονται στο δέρµα του περινέου, των δακτύλων και των επιπεφυκότων και εξυπηρετούν την αίσθηση των ελαφρών πιέσεων. Αποτελούν παραλλαγή των σωµατίων Vater-Paccini και των σωµατίων Ruffini. γ. Σωµάτια Ruffini Εξαρτήµατα του δέρµατος Τα εξαρτήµατα του δέρµατος προέρχονται από επιθηλιακές βλάστες κατά την εµβρυογένεση και εκτός από τα νύχια, βρίσκονται εις το χόριο και το υπόδερµα. Τα εξαρτήµατα του δέρµατος είναι τα εξής: Τρίχες Νύχια Αδένες (ιδρωτοποιοί και σµηγµατογόνοι) Τρίχες 34 Οι τρίχες είναι κεράτινα εξαρτήµατα του δέρµατος µε σχήµα νηµατοειδές και κυλινδρικό, που αναδύονται λοξά από εγκολπώσεις της επιδερµίδας, τους τριχοσµηγµατικούς θυλάκους ή τριχοθυλάκια. Οι τρίχες υπάρχουν σε όλη την επιφάνεια του σώµατος, εκτός από τα πέλµατα, τις παλάµες, τις πλάγιες επιφάνειες των δακτύλων, την ονυχοφόρο φάλαγγα, τη θηλή του µαστού, την πόσθη και τους ηµιβλεννογόνους. Ο συνολικός αριθµός των τριχοθυλακίων υπολογίζεται σε 5 εκατοµµύρια κατά τη γέννηση, από τα οποία το 1 εκατοµµύριο βρίσκεται στην κεφαλή. Το πρόσωπο έχει περίπου 600 τρίχες ανά τετραγωνικό εκατοστό και το υπόλοιπο σώµα περίπου 60 ανά τετραγωνικό εκατοστό. Οι θύλακοι των εµβρυϊκών τριχών σχηµατίζονται πριν την 9η εβδοµάδα της εµβρυϊκής ζωής. Η τρίχα διακρίνεται σε δύο τµήµατα: το στέλεχος και τη ρίζα. Το στέλεχος είναι το ορατό µέλος της τρίχας και επεκτείνεται από το σηµείο όπου εκβάλλει ο σµηγµατογόνος αδένας (αυχένας του τριχοθυλακίου) µέχρι το ελεύθερο άκρο της. Οι 23

24 σµηγµατογόνοι αδένες µπορεί να είναι 1,2 ή και περισσότεροι και περιβάλλουν τη ρίζα της τρίχας. Η τρίχα αποτελείται από τρείς βασικές στιβάδες, το περιτρίχιο εξωτερικά, το φλοιό και στο κέντρο το µυελό. Η ρίζα βρίσκεται µέσα στο δέρµα και καταλήγει σε ένα παχύτερο, απιοειδές άκρο, που λέγεται βολβός. Το κάτω µέρος του βολβού παρουσιάζει µια κοιλότητα, η οποία υποδέχεται τη θηλή του χορίου, σχηµατισµό γεµάτο αγγεία και νεύρα. Από τη θηλή τρέφεται και αναπτύσσεται η τρίχα. Αλλοιώσεις της θηλής του χορίου έχουν ως αποτέλεσµα την απώλεια της τρίχας. Η θηλή περιβάλλεται από τη µητρική στιβάδα του βολβού, τα κύτταρα της οποίας αναπαράγουν όλες τις στιβάδες της τρίχας. Η µιτωτική δράση των κυττάρων της µητρικής στιβάδας επηρεάζεται από τα ανδρογόνα. Οι φάσεις του κύκλου ζωής µιας τρίχας είναι οι ακόλουθες : Αναγονική, καταγονική και τελογενική. Μεταξύ των κυττάρων της µητρικής στιβάδας βρίσκονται και τα µελανοκύτταρα, υπεύθυνα µέσω της µελανίνης για το χρώµα των τριχών. Από την ευµελανίνη προέρχεται το καφέ-µαύρο χρώµα, ενώ από τη φαιοµελανίνη το κόκκινο-ξανθό. Η λεύκανση των τριχών φαίνεται να οφείλεται: 1) στη µείωση παραγωγής µελανίνης και 2) στην παρουσία στα κύτταρα του µυελού µικροσκοπικών φυσαλίδων αέρα, που αντανακλούν το φώς. Το τριχοθυλάκιο χωρίζεται από το χόριο µε ένα ακυτταρικό υαλοειδές σώµα, την υαλοειδή µεµβράνη, η οποία δηµιουργείται από µια πάχυνση του βασικού υµένα. Το χόριο που περιβάλλει το τριχοθυλάκιο σχηµατίζει ένα έλυτρο συνδετικού ιστού, πάνω στο οποίο προσφύονται λοξα δεσµίδες λείων µυϊκών ινών προερχόµενων από τη θηλώδη στιβάδα του χορίου, που αποτελούν τους ανελκτήρες µυς των τριχών. Σχηµατίζεται έτσι ένα τρίγωνο αποτελούµενο από τον ανελκτήρα µυ, την επιδερµίδα και το τριχοθυλάκιο Νύχια Τα νύχια είναι ηµιδιαφανείς κεράτινες πλάκες, οι οποίες καλύπτουν το τµήµα της τελευταίας φάλαγγας των δακτύλων και των ποδιών. Χωρίζονται σε τρία µέρη: τη ρίζα, το σώµα και την κορυφή. Ο ρόλος τους είναι τόσο προστατευτικός για τα χέρια, όσο και συλληπτικός για µικρά αντικείµενα. 24

25 Η δοµή των νυχιών παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα: Σχήµα 8: Η ανατοµία του νυχιού Αδένες του δέρµατος Σµηγµατογόνοι αδένες Οι σµηγµατογόνοι αδένες είναι κυψελοειδείς αδένες. Αποτελούνται από το αδενικό σώµα και τον εκφορητικό πόρο. Ο πόρος είναι βραχύς και ευρύς και συνήθως καταλήγει στην άνω µοίρα ενός τριχοθυλακίου. Είναι βυθισµένοι στο χόριο στο µεγαλύτερο µέρος του δέρµατος. Η πυκνότητά τους είναι µεγαλύτερη από 100 ανά τετραγωνικό εκατοστό στο µεγαλύτερο µέρος της επιφάνειας του σώµατος. Στο πρόσωπο, το µέτωπο & το κρανίο η πυκνότητά τους αυξάνει σε ανά τετραγωνικό εκατοστό. Ο σµηγµατογόνος αδένας είναι παράδειγµα ολοκρινούς αδένα, επειδή το προϊόν της έκκρισης απελευθερώνεται µαζί µε υπολείµµατα νεκρών κυττάρων. Οι σµηγµατογόνοι αδένες αποτελούνται από µια στιβάδα αδιαφοροποίητων επιθηλιακών κυττάρων που επικάθονται πάνω στο βασικό υµένα. Τα κύτταρα αυτά πολλαπλασιάζονται γεµίζοντας τις αδενοκυψέλες και διαφοροποιούνται, µε τους πυρήνες τους να συρικνώνονται και το κυτταροπλασµά τους να γεµίζει µε σταγονίδια λίπους. Στο τέλος τα κύτταρα αυτά διαρρηγνύονται και προϊόν της διεργασίας αυτή είναι το σµήγµα, δηλαδή το έκκριµα των σµηγµατογόνων αδένων. Το σµήγµα κινείται βαθµιαία προς την επιφάνεια του δέρµατος. Περιέχει τριγλυκερίδια, σκουαλένιο, χοληστερόλη και εστέρες χοληστερόλης. Οι σµηγµατογόνοι αδένες αρχίζουν να λειτουργούν κατά την εφηβεία. Ο πρωταρχικός 25

26 παράγοντας ελέγχου της έκκρισης των σµηγµατογόνων αδένων είναι η τεστοστερόνη στους άνδρες και ένας συνδυασµός ωοθηκικών και επινεφριδικών ανδρογόνων στις γυναίκες. Το σµήγµα µπορεί να έχει ασθενείς αντιβακτηριακές και αντιµυκητιασικές ιδιότητες και λιπαίνει το δέρµα. Ιδρωτοποιοί αδένες Οι ιδρωτοποιοί αδένες υπάρχουν σε όλη την επιφάνεια του δέρµατος, εκτός από το δέρµα των φρυδιών, την έσω επιφάνεια του πτερυγίου του αυτιού, το έσω πέταλο της ακροποσθίας και τα µικρά χείλη του αιδοίου. Ο αριθµός τους κυµαίνεται µεταξύ 2 και 4 εκατοµµυρίων. Οι περισσότεροι εντοπίζονται στα πέλµατα, τις παλάµες, το πρόσωπο και τη µασχάλη. Οι ιδρωτοποιοί είναι σωληνοειδείς εσπειραµένοι αδένες και διακρίνονται σε δύο τύπους: τους εκκριτικούς (µεροκρινείς) και τους απεκκριτικούς (αποκρινείς). Οι µεροκρινείς ιδρωτοποιοί αδένες είναι απλοί εσπειραµένοι σωληνοειδείς αδένες, των οποίων οι πόροι εκβάλλουν στην επιφάνεια του δέρµατος. Αποτελούνται από την εκκριτική µοίρα και τον εκφορητικό πόρο. Η εκκριτική µοίρα του αδένα βρίσκεται µέσα στο χόριο και περιβάλλεται από µυοεπιθηλιακά κύτταρα. Η συστολή αυτών των κυττάρων εξωθεί το έκκριµα. Οι µεροκρινείς αδένες δέχονται χολινεργικές νευρικές ίνες. Το έκκριµα των µεροκρινών αδένων είναι υπερδιήθηµα του πλάσµατος και παράγεται από ένα δίκτυο τριχοειδών που περιβάλλουν την εκκριτική µοίρα κάθε αδένα. εν είναι παχύρρευστο και δεν έχει οσµή. Αποτελείται κυρίως από νερό, χλωριούχο νάτριο, ουρία, αµινοξέα, γαλακτικό και ουρικό οξύ. Το περιεχόµενό του σε νάτριο είναι σηµαντικά χαµηλότερο από εκείνο του πλάσµατος. Τα κύτταρα των εκφορητικών πόρων επαναρροφούν νάτριο. Οι αποκρινείς ιδρωτοποιοί αδένες συναντώνται στις µασχάλες, την άλω των θηλών, του µαστού και την περιπρωκτική περιοχή. Είναι σωληνοειδείς αδένες µε αναστοµώσεις και µεγαλύτεροι από τους αποκρινείς ιδρωτοποιούς αδένες. Επεκτείνονται τόσο στο χόριο, όσο και στον υποδόριο ιστό και οι πόροι τους εκβάλλουν στα τριχοθυλάκια. Το έκκριµά τους είναι µικρότερης ποσότητας σε σχέση µε αυτό των µεροκρινών αδένων, παχύρρευστο, λιγότερο όξινο και έχει ιδιαίτερη 26

27 οσµή. Νευρώνονται µε αδρενεργικές νευρικές απολήξεις. Αναπτύσσονται και λειτουργούν κατά την εφηβεία, διότι εξαρτώνται από την κυκλοφορία των γεννητικών ορµονών. Η εφίδρωση ελέγχεται κυρίως από το νευρικό σύστηµα και ανάλογα µε το ερέθισµα που την προκαλεί διακρίνεται σε συγκινησιακή, θερµορυθµιστική και γευστική. Ο ιδρώτας, µετά την απελευθέρωσή του στην επιφάνεια του δέρµατος, εξατµίζεται, προκαλώντας απόψυξη της επιφάνειας και αποβολή θερµότητας. Οι ιδρωτοποιοί αδένες λειτουργούν επίσης ως επικουρικό απεκκριτικό όργανο για την αποµάκρυνση ουσιών που είναι άχρηστες για τον οργανισµό όπως π.χ. ουρία, ουρικό οξύ κ.α Ρόλος του δέρµατος Το δέρµα όπως έχει ήδη τονιστεί δεν περιβάλλει απλά το ανθρώπινο σώµα, αλλά αποτελεί πολύτιµο όργανο το οποίο επιτελεί πολλές και σηµαντικές λειτουργίες. Οι κυριότερες λειτουργίες του αναφέρονται παρακάτω: Προστατευτική λειτουργία: Αυτή οφείλεται στις φυσικοχηµικές ιδιότητες που έχει το δέρµα και οι οποίες του επιτρέπουν να προστατεύει από: τις µηχανικές κακώσεις, τις έντονες θερµικές επιδράσεις (ψύχος ή θερµότητα), την ηλιακή ακτινοβολία, τις χηµικές ουσίες, τα ηλεκτρικά φορτία και τις µικροβιακές και παρασιτικές επιδράσεις. Θερµορρυθµιστική λειτουργία: Η θερµοκρασία του σώµατος διατηρείται σταθερή στους 37 C χάρη στην ισορροπία της παραγόµενης και αποβαλλόµενης θερµότητας, η οποία ρυθµίζεται από τον υποθάλαµο. Στη θερµορρύθµιση το δέρµα παίζει σηµαντικό ρόλο κυρίως µε δύο µηχανισµούς: την παραγωγή και την εξάτµιση του δέρµατος και τη διαστολή συστολή των αγγείων. Σε περίπτωση αυξηµένης εξωτερικής θερµοκρασίας προκαλείται αντανακλαστικά διέγερση των εκκριτικών νευρικών απολήξεων και παραγωγή ιδρώτα, καθώς και διέγερση των αγγειοκινητικών απολήξεων και αγγειοδιαστολή. Κατά την αγγειοδιαστολή µεταφέρεται θερµότητα µέσω του αίµατος από τα σπλάχνα προς το δέρµα, όπου αυτή αποβάλλεται. Αντίστοιχα, κατά την αγγειοσυστολή η ποσότητα του αίµατος στην επιφάνεια του δέρµατος είναι µικρή και το ίδιο και η απώλεια θερµότητας. 27

28 Αισθητήρια λειτουργία: Το δέρµα αποτελεί το αισθητήριο όργανο της αφής, της πίεσης, του ψυχρού, του θερµού και του πόνου. Η αίσθηση της αφής, όπως έχει ήδη αναφερθεί, προέρχεται από τα σωµάτια των Wagner- Meisgner και η εν τω βάθει αίσθηση της πίεσης από τα σωµάτια των Vater- Paccini. Η αίσθηση της πίεσης δεν είναι εξίσου έντονη σε όλη την επιφάνεια του σώµατος. Η αίσθηση της θερµότητας, η οποία επίσης δεν είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένη στο σώµα προέρχεται από τα σωµάτια Ruffini και Krause. Μεταβολική λειτουργία: Στο δέρµα λαµβάνουν χώρα µεταβολικές λειτουργίες που αφορούν στις πρωτεΐνες, τους υδατάνθρακες, τα λίπη και τις βιταµίνες και τους ηλεκτρολύτες. Στις µεταβολικές αυτές πορείες συµβάλλουν τα ένζυµα της επιδερµίδας, οι βιταµίνες, τα ακόρεστα λιπαρά οξέα του οργανισµού και τα µέταλλα. Απεκκριτική και απορροφητική λειτουργία: Το δέρµα αποτελεί σηµαντικό όργανο αποβολής ουσιών από τον οργανισµό, αλλά και εισαγωγής ουσιών από το περιβάλλον. Από το δέρµα αποβάλλεται ο ιδρώτας και το σµήγµα. Ο ιδρώτας παράγεται από τους ιδρωτοποιούς αδένες και η φυσιολογική ποσότητα αυτού σε ηρεµία φτάνει τα 500 µε 700 γρ ηµερησίως. Σε περιπτώσεις πυρετού και καταβολής σωµατικής ή ψυχικής προσπάθειας η ποσότητα αυτή αυξάνεται. Ο αποβαλλόµενος ιδρώτας αποτελείται από νερό, ανόργανα άλατα και οργανικές ουσίες. Είναι όξινος (ph 4-6) και συντελεί στην όξινη αντίδραση του δέρµατος. Το σµήγµα παράγεται από τους σµηγµατογόνους αδένες. Περιέχει σε µεγάλο ποσοστό ουδέτερα λίπη, ελεύθερα λιπαρά οξέα, λιποειδή όπως η χοληστερίνη, προβιταµίνη D, βιταµίνη Α και καροτίνη. Συµβάλλει στην προστασία του δέρµατος από τα µικρόβια και τους µύκητες και συµµετέχει στο σχηµατισµό του λιπαρού υµένα της επιδερµίδας. Η λειτουργία του δέρµατος ως απορροφητικού οργάνου είναι εξίσου σηµαντική. Η είσοδος των διαφόρων ξενοβιοτικών ουσιών πραγµατοποιείται µέσω της επιδερµίδας και των τριχοσµηγµατογόνων θυλάκων. Το οξυγόνο, το νερό και οι υδατοδιαλυτές ουσίες διαπερνούν το δέρµα ελάχιστα, καθώς παρεµποδίζονται από το σµήγµα, και την κεράτινη στιβάδα. Οι λιποδιαλυτές ουσίες απορροφούνται ευκολότερα από το δέρµα. 28

29 Ανοσοποιητική λειτουργία: Στην παραγωγή αντισωµάτων συµµετέχουν τα λεµφοκύτταρα και τα πλασµατοκύτταρα του δέρµατος. Από τα λεµφοκύτταρα σχηµατίζονται τα κύτταρα- αντισώµατα κατά το µηχανισµό της κυτταρικής ανοσίας και από τα πλασµατοκύτταρα σχηµατίζονται οι ανοσοσφαιρίνες. Έχει παρατηρηθεί ότι σε συνθήκες αυξηµένου στρες αυξάνεται ο αριθµός των λεµφοκυττάρων στο δέρµα, µε αποτέλεσµα αυτό να εµφανίζει εντονότερες ανοσολογικές αντιδράσεις 38. Επίσης, τα δικτυοενδοθηλιακά κύτταρα του δέρµατος και κυρίως τα ιστιοκύτταρα συµµετέχουν στην άµυνα του οργανισµού µε τις φαγοκυτταρικές τους ιδιότητες. Κερατινοποίηση: Ως κερατινοποίηση ορίζουµε τη φυσιολογική διαδικασία ωρίµανσης των κυττάρων της επιδερµίδας. Η διαδικασία αυτή βασίζεται στη µετατροπή των σφαιρικών πρωτεϊνών σε ινώδεις πρωτεΐνες, ενώ συγχρόνως αποσυντίθεται το κυτταρόπλασµα και εξαφανίζεται ο πυρήνας. Η κερατινοποίηση ξεκινά από τα κύτταρα της ακανθωτής στιβάδας και τελειώνει φτάνοντας στη κεράτινη στιβάδα. Τα κερατινοποιηθέντα κύτταρα είναι σκληρά, χωρίς ζωτικότητα και αποπίπτουν συνεχώς από το δέρµα, υπό µορφή λεπιών ή αφότου αθροιστούν σε πετάλια. Μελανογένεση: Τα χρώµα του δέρµατος οφείλεται στη φυσιολογική χρωστική µελανίνη, στο πάχος της κεράτινης στιβάδας της επιδερµίδας, στην κοκκιώδη στιβάδα και στην αιµάτωση αυτού. Η παραγωγή της µελανίνης γίνεται στα ειδικά κύτταρα της βασικής στιβάδας, τα λεγόµενα µελανοκύτταρα. Η µελανίνη είναι σύµπλοκος ουσία φαιοµέλανης χροιάς. Η µελανίνη που σχηµατίζεται παραµένει στα µελανοκύτταρα ή µεταναστεύει µέσω των δενδριτών στην ακανθωτή στιβάδα ή το χόριο. Κατά την έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία παρατηρείται εντονότερη σύνθεση µελανίνης, η οποία προσδίδει στο δέρµα το χαρακτηριστικό χρώµα του µαυρίσµατος ιαπέραση των ουσιών από το δέρµα Το ανθρώπινο δέρµα αποτελεί ποσοτικά το πιο σηµαντικό όργανο που έρχεται σε επαφή µε το περιβάλλον. Είναι πλέον γνωστό ότι πρόκειται ουσιαστικά για µια βιολογική µεµβράνη µε κύριο σκοπό την προστασία από την είσοδο στον οργανισµό ξενοβιοτικών ουσιών. Η µεγαλύτερη αντίσταση και ουσιαστικά το καθοριστικό βήµα το οποίο καθορίζει την κινητική της απορρόφησης ουσιών από το δέρµα, είναι η 29

30 διαπέραση της κεράτινης στιβάδας 43. Στην κεράτινη στιβάδα, ανακαλύπτουµε ένα σχηµατισµένο σύστηµα από τρία διαδοχικά παθητικά φράγµατα 44. Το πρώτο είναι ο υδρολιπιδικός µανδύας, που καλύπτει εξωτερικά την επιδερµίδα. Το φυσικό αυτό γαλάκτωµα από τη µίξη σµήγµατος και ιδρώτα ονοµάζεται επίσης όξινος µανδύας, επειδή έχει ελαφρά όξινο ph. Η ισορροπηµένη χηµική φύση του, καλύπτει διπλό σκοπό. Έτσι ενώ γενικά εµποδίζει τη διείσδυση των ουσιών, συγχρόνως είναι φιλικός και προς τις δύο πολικές φύσεις µιας ουσίας, την υδατική και τη λιπαρή. Το δεύτερο και πιο ισχυρό φράγµα, η κεράτινη στιβάδα, παροµοιάζεται µε έναν τοίχο από τούβλα. Όπου τα τούβλα είναι τα νεκρά κύτταρα και το τσιµέντο η ενδιάµεση ουσία (λιπίδια και NMF). Τα νεκρά κύτταρα είναι σχετικά αδιαπέραστα, έτσι η είσοδος και έξοδος ουσιών γίνεται κυρίως µέσω της ενδιάµεσης ουσίας. Το τρίτο και πιο λεπτό φράγµα είναι η µεµβράνη Rein, η οποία αποτελεί µία συνεκτική µεµβράνη στη βάση της κεράτινης στιβάδας (έσω κερατίνη). Στο σηµείο αυτό η κερατίνη αποκτά την πιο σφικτή δοµή και τη µέγιστη σταθερότητα. Αυτό οφείλεται στο ιδιαίτερα χαµηλό ph της περιοχής που επηρεάζει αποτελεσµατικά τη δοµή των µόλις κερατινοποιηµένων κυττάρων. Αν και αρκετά αποτελεσµατικός, ο φραγµός του δέρµατος δεν είναι τέλειος, επιτρέποντας έτσι σε µεγάλο αριθµό ενώσεων νε έρθει σε επαφή µε τον οργανισµό. Η απορρόφηση των φαρµάκων από το δέρµα πιστεύεται ότι είναι µια παθητική διαδικασία και µπορεί να περιγραφεί από τους νόµους διάχυσης του Fick. Για την µαθηµατική περιγραφή του φαινοµένου η κεράτινη στοιβάδα θεωρείται ως οµογενής φραγµός (homogenous model). Σε κατάσταση ισορροπίας, µετά από ολοκλήρωση ο ανεπτυγµένος νόµος του Fick µπορεί να εφαρµοστεί 45 : J=Cp*D*(Co-Ci)/H Εξίσωση 1 Όπου: J: η ποσότητα της ουσίας που απορροφήθηκε ανά µονάδα επιφανείας και χρόνου (moles/cm 2 sec) 30

31 D: ο συντελεστής κατανοµής της ουσίας διαµέσου της κεράτινης στιβάδας (cm 2 /sec) Cp: ο συντελεστής κατανοµής της ουσίας που εκφράζει τη σχετική συγγένεια για το φορέα και την κεράτινη στιβάδα Cp = Συγκέντρωση ουσίας στην κεράτινη στιβάδα / Συγκέντρωση ουσίας στο σκεύασµα Η: το πάχος της κεράτινης στιβάδας (cm) Co-Ci: η διαφορά συγκέντρωσης µιας ουσίας από την άνω (Co) και την κάτω (Ci) πλευρά της κεράτινης στιβάδας. Η δυνατότητα µιας ουσίας που βρίσκεται σε συγκεκριµένο φορέα να διαπερνά λίγο ή πολύ την κεράτινη στιβάδα χαρακτηρίζεται από το συντελεστή διαπερατότητας Κpπου λαµβάνει υπόψη του ταυτόχρονα τους συντελεστές διάχυσης (D) και κατανοµής (Cp), όπως και το πάχος (Η) της κεράτινης στιβάδας. Κp = D*Cp/H Εξίσωση 2 Η µονάδα µέτρησης του Κp είναι το cm/sec. Η ανεπτυγµένη µορφή του νόµου του Fick, όπως περιγράφεται στην Εξίσωση 1 περιλαµβάνει τη στοιχειώδη φυσική του φαινοµένου της διαδερµικής απορρόφησης µιας ουσίας. Αν και πρόκειται για µία απλουστευµένη διατύπωση, περιλαµβάνει τους κυριότερους παράγοντες που υπεισέρχονται στο φαινόµενο και το εξηγούν. Η ποσοτική µέτρηση της απορρόφησης από το δέρµα ανά µονάδα επιφάνειας Q σε σχέση µε το χρόνο χορήγησης Τ οδηγεί κατά κανόνα σε διαγράµµατα του τύπου που παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήµα. Μετά το λανθάνοντα χρόνο διάχυσης (lag time), εγκαθίσταται σταθερός ρυθµός διάχυσης που αντιστοιχεί στο γραµµικό µέρος του διαγράµµατος. Η κλίση του γραµµικού τµήµατος της καµπύλης παρέχει την ροή σε σταθεροποιηµένη κατάσταση (µg/cm 2 /h), ενώ η τοµή µε τον άξονα του χρόνου παρέχει το λανθάνοντα χρόνο L (lag time) 46. O λανθάνων χρόνος µπορεί να µεταβληθεί µε τη χρήση διαφορετικών εκδόχων σε ένα φαρµακευτικό σκεύασµα, όπως πχ επιταχυντών διαβατότητας. Η µαθηµατική έκφραση της ποσότητας της 31

32 ουσίας ανά µονάδα επιφανείας (Q) στη διάρκεια του σταθερού ρυθµού απορροφήσεως είναι: L= H 2 /6D Εξίσωση 3 Όταν λοιπόν το πάχος της κεράτινης στιβάδας είναι γνωστό, η µέτρηση του λανθάνοντος χρόνου (lag time) επιτρέπει την εκτίµηση του συντελεστή διαχύσεως που είναι για την κεράτινη στιβάδα της τάξεως των cm 2 /sec κατά µέσο όρο και για τις ζώσες δοµές του δέρµατος περίπου όσο και στο σκεύασµα 47. Σχήµα 9: Αθροιστική ποσότητα του φαρµάκου που διέρχεται διαµέσου του δέρµατος ανά µονάδα επιφανείας (µg/cm 2 ) σε σχέση µε το χρόνο 48 Οι διάφορες ουσίες ανάλογα µε το είδος τους, διεισδύουν στο δέρµα διαµέσου: 1. των κερατινοκυττάρων (διακυτταρική οδός, transcellular route) 2. της µεσοκυττάριας ουσίας στην κεράτινη στιβάδα (παρακυτταρική οδός, intercellular route) 3. των εξαρτηµάτων της επιδερµίδας (τριχών, ιδρωτοποιών και σµηγµατογόνων αδένων) 49 32

33 Σχήµα 10: Οδοί διέλευσης προς το δέρµα: Οδός 1: ιέλευση της ουσίας µέσα από την επιδερµίδα. Οδός 2: Θύλακας της τρίχας και σµηγµατογόνοι αδένες. Οδός 3: Ιδρωτοποιοί αδένες 50 Στην πρώτη περίπτωση (transcellular route) η διείσδυση των ουσιών γίνεται διαµέσου των κερατινοκυττάρων και των λιπιδικών περιοχών που παρεµβάλλονται. Η αντίσταση που προβάλουν οι µεµβράνες των κυττάρων θεωρείται αµελητέα. Η δεύτερη περίπτωση (intercellular route) προϋποθέτει την µεταφορά των ουσιών διαµέσου των λιπιδικών στοιβάδων µεταξύ των κερατινοκυττάρων. Αν και αυτή η οδός διαπέρασης είναι ένα αρκετά περίπλοκο µονοπάτι, πιστεύεται ότι αποτελεί την κύρια οδό διαπέρασης πολλών φαρµάκων. Αντίθετα η «διαµέσου των κυττάρων» οδός (transcellular route) συνεισφέρει ένα πολύ µικρό ποσοστό στη συνολική µεταφορά του φαρµάκου διαµέσου της κεράτινης στοιβάδας 51. Η διείσδυση στον οργανισµό ουσιών µε τον τρίτο τρόπο, δηλαδή µέσω των εξαρτηµάτων της επιδερµίδας, είναι σηµαντική στην περίπτωση ιονικών ή µεγάλων πολικών µορίων. Ωστόσο και για τις δύο πρώτες οδούς διαπέρασης, µε βάση τη δοµή της κεράτινης στοιβάδας, οι ουσίες θα πρέπει να διαχυθούν διαµέσου των λιπιδικών περιοχών µεταξύ των κερατινοκυττάρων. Το σηµείο αυτό θεωρείται ότι αποτελεί τον σπουδαιότερο παράγοντα που ρυθµίζει την διαπέραση από το δέρµα. Η οδός διέλευσης µιας ουσίας, καθώς και οι µηχανισµοί διείσδυσης, εξαρτώνται εκτός από το µέγεθος του µορίου (Μοριακό Βάρος), από την κατάσταση της ουσίας (αέρια, υγρή, στερεή) και από τον λιπόφιλο, υδρόφιλο ή αµφίφιλο χαρακτήρα της. Ειδικότερα, τα µεσοκυττάρια διαστήµατα θεωρούνται σηµαντικές οδοί διέλευσης των λιποδιαλυτών ουσιών. Αυτές διαβαίνουν την κεράτινη στιβάδα κυρίως δια µέσου της 33

34 µεσοκυττάριας ουσίας που είναι πλούσια σε λιποειδή. Οι ηλεκτρολύτες και τα πολικά µόρια διαβαίνουν την κεράτινη στιβάδα διαµέσου των εξαρτηµάτων του δέρµατος παρακάµπτοντας έτσι την λειτουργία φραγµού. Στη συνολική διαδερµική απορρόφηση ενός φαρµάκου µπορεί να συνεισφέρουν ταυτόχρονα διαφορετικοί µηχανισµοί. Γενικά ισχύει ότι τα φάρµακα διαπερνούν ευκολότερα το δέρµα όταν βρίσκονται στη µη ιονισµένη µορφή τους. Τελικά τα µόρια της εισαγµένης ουσίας, αφού περάσουν το δερµατοεπιδερµικό φραγµό προσλαµβάνονται από την ζώσα επιδερµίδα. Εκεί, η αντίσταση που προβάλλεται στην διείσδυσή τους είναι ασήµαντη. Kατά την παραµονή τους στη ζώσα επιδερµίδα οι ξενοβιοτικές ουσίες µπορεί να υποστούν βιοµετατροπή, οφειλόµενη στα ένζυµα της επιδερµίδας. Η έκταση και είδος της βιοµετατροπής που θα υποστούν καθορίζεται κυρίως από τα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά της εκάστοτε ουσίας. Οι στεροειδείς ουσίες σε µορφή εστέρα παρουσιάζουν εντονότερα το φαινόµενο του µεταβολισµού 52. Στη συνέχεια ακολουθεί η διάχυσή τους στο θηλώδες τµήµα του χορίου, όπου λόγω της µεγάλης διαβατότητάς του, τα µόρα της ουσίας φτάνουν στο αγγειακό δίκτυο. Το οριζόντιο αγγειακό πλέγµα του θηλώδους χορίου σχηµατίζει το κατώτερο όριο του στρώµατος, που πρέπει να διαβεί µια ουσία. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων η αιµατική ροή είναι επαρκής και η διαβατότητα στα τριχοειδή αρκετά υψηλή, ώστε και οι διαβαίνουσες ουσίες να εισάγονται ταχέως στην κυκλοφορία µόλις φτάσουν στο χόριο 53. Συνοπτικά τα στάδια απορρόφησης ενός φαρµάκου από το δέρµα είναι τα εξής 54 : Σχήµα 11: Στάδια απορρόφησης φαρµάκου 34

35 1. Κατανοµή του φαρµάκου µεταξύ του φορέα και της κεράτινης στιβάδας 2. ιάχυση των µορίων του φαρµάκου στην κεράτινη στιβάδα 3. Κατανοµή του φαρµάκου µεταξύ της κεράτινης στιβάδας και της ζώσας επιδερµίδας 4. ιάχυση των µορίων του φαρµάκου στη ζώσα επιδερµίδα 5. Εισχώρηση στα τριχοειδή αιµοφόρα αγγεία Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδερµική απορρόφηση Φυσιολογικοί παράγοντες Κατάσταση του δέρµατος Η ακεραιότητα του δέρµατος είναι σηµαντική για την προστασία από τη διείσδυση χηµικών ουσιών στο δέρµα. Λύση της συνέχειας του δέρµατος από τραύµατα, αµυχές, εγκαύµατα ή ερεθισµούς δηµιουργούν ζώνες ασυνέχειας της κεράτινης στιβάδας και εποµένως µειώνουν την ικανότητα του δέρµατος να δρα ως φραγµός. Παρόµοιες συνέπειες έχουν και παθήσεις του δέρµατος, όπως ψωρίαση και δερµατίτιδα 55. Ανατοµική περιοχή Η διαδερµική απορρόφηση ουσιών εξαρτάται άµεσα από το πάχος και τη φύση της κεράτινης στιβάδας. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το πάχος της κεράτινης στιβάδας, η δοµή και η χηµική της σύνθεση διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή του δέρµατος. Συνεπώς, η απορρόφηση από το δέρµα διαφοροποιείται ανάλογα µε την ανατοµική περιοχή του σώµατος. Σηµαντική αιτία αύξησης της διαπερατότητας είναι επίσης η έντονη παρουσία τριχών και σµηγµατογόνων και ιδρωτοποιών αδένων σε µία ανατοµική περιοχή 56. Μία γενική κατάταξη κατά σειρά αύξησης της αντίστασης στην απορρόφηση είναι 57 : -Βλεννογόνες µεµβράνες, -Όσχεο -Βλέφαρα 35

36 -Πρόσωπο -Στήθος -Ράχη -Ανώτερη επιφάνεια άκρων -Κατώτερη επιφάνεια άκρων -Ραχιαία επιφάνεια άκρων -Πέλµα, παλάµη -Νύχια Αιµάτωση του δέρµατος Συνήθως η αύξηση της ροής του αίµατος στα δερµατικά αγγεία προκαλεί αύξηση της διαδερµικής απορρόφησης, δεδοµένου ότι αυξάνεται το εύρος ροής της ουσίας προς τα βαθύτερα στρώµατα της επιδερµίδας. Ηλικία του δέρµατος Tο ανθρώπινο δέρµα υφίσταται σηµαντικές αλλαγές µε την πάροδο του χρόνου. Μορφολογικές, φυσιολογικές και βιοχηµικές µεταβολές σηµειώνονται σε αυτό, οι οποίες µε τη σειρά τους επηρεάζουν τη διαδερµική απορρόφηση ουσιών. Αυτή παρουσιάζεται αυξηµένη για τα βρέφη και τους ηλικιωµένους 58. ιαφορές µεταξύ ατόµων Η διαπερατότητα του δέρµατος διαφέρει ανάµεσα στους ανθρώπους και οφείλεται σε διαφορές στη σύσταση και το πάχος του δέρµατος. ιαφορές µπορεί να προκύψουν και ανάµεσα σε άτοµα διαφορετικής φυλής. Ειδικότερα, έχει παρατηρηθεί ότι το δέρµα ατόµων της µαύρης φυλής παρουσιάζει µειωµένη διαπερατότητα. 59. Σηµαντικές διαφορές ανάµεσα στα δύο φύλα δεν έχουν σηµειωθεί 60. Μεταβολισµός από το δέρµα 36

37 Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το δέρµα είναι ένα µεταβολικώς ενεργό όργανο. Πολλές διαδικασίες βιοµετατροπής λαµβάνουν χώρα σε αυτό µε τη βοήθεια των ενζύµων που βρίσκονται στην επιδερµίδα. Οι διαδικασίες αυτές επηρεάζουν σηµαντικά τη διαδερµική απορρόφηση ξενοβιοτικών ουσιών Φυσικοχηµικοί παράγοντες Φύση του φορέα Ο φορέας της ουσίας επηρεάζει αισθητά την διείσδυση της δραστικής ουσίας µεταβάλλοντας τον ρυθµό απελευθέρωσης και την βιοδιαθεσιµότητα αυτής και/ή τροποποιώντας την δοµή της κεράτινης στιβάδας. Η όλη σύνθεσή του πρέπει να διευκολύνει τη συγκεκριµένη δραστική ουσία να έρθει κατ αρχήν σε επαφή µε το δέρµα αλλά και να διευκολύνει την διείσδυση αυτής στα βαθύτερα στρώµατα της επιδερµίδας, κατά τρόπο µη ερεθιστικό και πολύ περισσότερο τοξικό για το δέρµα ή άλλα όργανα και ιστούς. Επίπεδο υδάτωσης Ένας από τους σπουδαιότερους παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία του δερµατοεπιδερµικού φραγµού είναι το επίπεδο υδάτωσης της κεράτινης στιβάδας. Το νερό επηρεάζει την πλαστικότητα του δέρµατος και παράλληλα δρα σαν ένας φυσικός επιταχυντής διαβατότητας. Έτσι, η ενυδάτωση της επιδερµίδας έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της διαπερατότητάς της από όλες σχεδόν τις ουσίες 62. Tο νερό διογκώνει τα κερατινοκύτταρα και παράλληλα κατακρατείται στα διαστήµατα µεταξύ των ινιδίων της κερατίνης, διογκώνοντας έτσι και την µέσο-ινιδιακή αυτή δοµή 63. Κατά αυτό τον τρόπο σχηµατίζει ένα συνεχή υδάτινο δρόµο που διευκολύνει την απορρόφηση των υδρόφιλων αλλά και των λιπόφιλων µορίων, αφού αυτά βρίσκουν µεγαλύτερα κενά ανάµεσα στα κύτταρα και διεισδύουν για καθαρά µηχανικούς λόγους 64. Η αύξηση της υδάτωσης του δέρµατος θεωρείται ιδιαίτερα αποτελεσµατική στην αύξηση της διαδερµικής απορρόφησης τοπικών σκευασµάτων που περιέχουν κορτικοστεροειδή 65. Μία τεχνική που χρησιµοποιείται είναι η εµβάπτιση του δέρµατος για πέντε λεπτά σε νερό και κατόπιν η εφαρµογή της τοπικής θεραπείας κορτικοστεροειδούς

38 Θερµοκρασία Η αύξηση της θερµοκρασίας του δέρµατος έχει σαν αποτέλεσµα την αύξησης της κυκλοφορίας του αίµατος, κάτι που οδηγεί στην αύξηση της διαδερµικής απορρόφησης. Η θερµοκρασία του περιβάλλοντος έχει αποδειχθεί ότι επιδρά στα φαινόµενα της διαβατότητας, δεδοµένου ότι ο συντελεστής διάχυσης της κεράτινης στιβάδας (diffusion coefficient) εξαρτάται από την θερµοκρασία 67. Σε φυσιολογικές συνθήκες in vivo η θετική επίδραση της θερµοκρασίας στην απορρόφηση είναι µικρή, καθώς οι µεταβολές είναι µικρές. Αντίθετα, in vitro, αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί µεγάλη αύξηση της απορρόφησης 68. Φυσικοχηµικές ιδιότητες του φαρµάκου 1. Σχήµα και µέγεθος του µορίου του φαρµάκου. Γενικά έχει διαπιστωθεί µέχρι τώρα ότι φάρµακα που έχουν µέγεθος µεγαλύτερο από 500 Da έχουν πολύ µικρή ικανότητα διαπερατότητας και αυτό ισχύει για πολλά φάρµακα κυρίως αυτά που είναι πρωτεϊνικής φύσεως. 2. Συντελεστής κατανοµής του φαρµάκου στην κεράτινη στοιβάδα. Γενικά οι αµφίφιλες ουσίες (π.χ. λεκιθίνη) διαπερνούν καλύτερα την κεράτινη στιβάδα. Ο αµφιφιλικός χαρακτήρας τους επιτρέπει την διέλευση τόσο µέσω των λιπιδίων, όσο και δια των υδατικών ζωνών αυτής. Επιταχυντές διαπερατότητας Οι επιταχυντές διαδερµικής διαπερατότητας αποτελούν χηµικές ουσίες διάφορων κατηγοριών οι οποίες χρησιµοποιούνται ευρέως τα τελευταία χρόνια. Προστίθενται στα διαδερµικά θεραπευτικά συστήµατα και συµβάλλουν στη αύξηση της ποσότητας του φαρµάκου που φτάνει στη συστηµική κυκλοφορία. Ο µηχανισµός δράσης τους διακρίνεται σε τρεις κύριες κατηγορίες: 1. Μεταβολή των ιδιοτήτων των λιπιδίων της κεράτινης στιβάδας 2. Αλληλεπίδραση µε τις διακυτταρικές πρωτεΐνες 3. Αυξηµένη διάλυση του φαρµάκου στο φορέα ή στην κεράτινη στιβάδα 69 ph 38

39 Το ph επηρεάζει το φαρµακευτικό µόριο, καθορίζοντας εάν αυτό θα βρίσκεται στην ιονισµένη ή µη ιονισµένη µορφή του, κάτι που επηρεάζει καθοριστικά την απορρόφηση από το δέρµα. Επίσης, ακραίες µορφές ph µπορούν να έχουν ερεθιστική δράση πάνω στο δέρµα, αυξάνοντας τη διαπερατότητα. Αλληλεπιδράσεις φαρµάκου δέρµατος Σε περίπτωσης έντονης σύνδεσης του φαρµάκου µε την κεράτινη στιβάδα είναι πιθανό να κατακρατείται το φάρµακο σε αυτή και να παρεµποδίζεται η παραλαβή του από την κυκλοφορία 70. Συγκέντρωση φαρµάκου Η ποσότητα του φαρµάκου που τελικά απορροφάται από το δέρµα και καταλήγει στη συστηµική κυκλοφορία είναι συνήθως ένα µικρό µόνο ποσοστό της συνολικής ποσότητας φαρµάκου που είχε αρχικά χρησιµοποιηθεί. Οι Μaibach και Stoughton 71 έδειξαν ότι υπάρχει µία έντονη συσχέτιση ανάµεσα στη συνολική δόση του φαρµάκου που χρησιµοποιείται και στην αποτελεσµατικότητα του ΘΣ, µε µεγαλύτερη δόση να συνεπάγεται µεγαλύτερη απορρόφηση του φαρµάκου από τον οργανισµό. Οι Wester και Maibach 72 ειδικότερα, πειραµατίστηκαν µε τις συγκεντρώσεις της τεστοστερόνης της υδροκορτιζόνης και του βενζοϊκού οξέως και διαπίστωσαν ότι χορηγώντας σε ΘΣ αυξανόµενες δόσεις των φαρµάκων αυτών η διαδερµική διαπερατότητα παρέµενε σταθερή, όµως η συνολική ποσότητα φαρµάκου που απορροφούνταν αυξανόταν. Όταν η συγκέντρωση της διαλυµένης ουσίας στο φορέα φτάσει στον κορεσµό, η διαδερµική απορρόφηση παίρνει τη µέγιστη τιµή της Βελτιστοποίηση διαδερµικής απορρόφησης ιάφορες µέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για να µειωθεί η λειτουργία του φραγµού της κεράτινης στοιβάδας και να αυξηθεί η διαδερµική απορρόφηση των φαρµακευτικών µορίων. Οι σπουδαιότερες τεχνικές 75 που χρησιµοποιούνται παρουσιάζονται συνοπτικά παρακάτω ανά κατηγορία και οι κυριότερες από αυτές θα αναλυθούν παρακάτω. 39

40 Τροποποίηση της κεράτινης στιβάδας: Eνυδάτωση, επιταχυντές διαβατότητας, αποµάκρυνση της κεράτινης στιβάδας Παράκαµψη κεράτινης στιβάδας: Μικροβελόνες Ηλεκτρικά υποβοηθούµενες µέθοδοι: Ιοντοφόρηση, ηλεκτροφόρηση, µαγνητοφόρηση, υπέρηχοι, φωτοµηχανικά κύµατα, θερµοφόρηση Αλληλεπίδραση φαρµάκου-φορέα: Προφάρµακα, θερµοδυναµική ενεργότητα, ιοντικό ζεύγος, εύτηκτα συστήµατα Σωµατίδια και φορείς: Λιποσώµατα, µικρογαλακτώµατα, λιπιδικά νανοσωµατίδια Ενυδάτωση κεράτινης στιβάδας Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η ενυδάτωση της κεράτινης στοιβάδας αυξάνει την διαπέραση των περισσότερων µορίων. Η παρουσία ύδατος στις λιπιδικές διπλοστοιβάδες και η σύνδεση του µε τις πολικές κεφαλές των λιπιδίων µπορεί να οδηγήσει σε χαλάρωση της δοµής των διπλοστοιβάδων µε αποτέλεσµα να διευκολύνεται η διέλευση των ουσιών Επιταχυντές διαβατότητας Το δέρµα αποτελεί φραγµό στη διαδερµική χορήγηση των φαρµάκων. Ειδικά η κεράτινη στοιβάδα, η εξωτερική στοιβάδα του δέρµατος, σχηµατίζει έναν ισχυρό λιπόφιλο φραγµό στη διάχυση των φαρµάκων. Ένας τρόπος για να παρακαµφθεί η αντίσταση του δέρµατος στη διαπέραση των φαρµάκων είναι η ενσωµάτωση, στα ΘΣ, καταλλήλων χηµικών ουσιών. Οι ουσίες αυτές που µπορούν παροδικά να ελαχιστοποιήσουν τον φραγµό του δέρµατος και να αυξήσουν τη ροή του φαρµάκου, ονοµάζονται επιταχυντές διαβατότητας (penetration enhancers, accelerants ή absorption promoters). 40

41 Σχήµα 12: Χηµικές δοµές χαρακτηριστικών επιταχυντών διαβατότητας 76 Ένας ιδανικός επιταχυντής διαβατότητας θα πρέπει να έχει τις ακόλουθες ιδιότητες: Να είναι εξαιρετικός διαλύτης των φαρµάκων Να είναι συµβατός µε µεγάλη ποικιλία φαρµάκων και µε τα υπόλοιπα συστατικά των ΘΣ Να απλώνεται εύκολα πάνω στο δέρµα, να είναι άοσµος, άχρωµος και γενικά αισθητικά αποδεκτός Να είναι φαρµακολογικά και χηµικά αδρανής, αλλά και χηµικά σταθερός Να είναι µη ερεθιστικός, µη τοξικός και να µην προκαλεί ευαισθησία, αλλεργία ή φωτοτοξικότητα Να έχει άµεση δράση Να έχει αναστρέψιµη επίδραση στις ιδιότητες του δέρµατος, δηλαδή µετά την αποµάκρυνση του σκευάσµατος που περιέχει τον επιταχυντή διαβατότητας, το δέρµα θα πρέπει να επανακτά πλήρως την προστατευτική του λειτουργία Να έχει παράµετρο διαλυτοποίησης (solubility parameter) (δ) παρόµοια µε αυτή του δέρµατος, περίπου δηλαδή 10,5 cal 1/2 cm 3/2 Να έχει λογικό κόστος Όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι επιταχυντές διαδερµικής διαβατότητας δρουν µε διάφορους µηχανισµούς δράσης. Το τελικό αποτέλεσµα της αυξηµένης απορρόφησης 41

42 µπορεί να προκληθεί και από συνέργεια περισσότερων από ενός µηχανισµών. Για την κατανόηση των µηχανισµών δράσης έχουν γίνει αρκετές µελέτες, οι οποίες κατέληξαν στη διατύπωση αρκετών θεωριών. Η σπουδαιότερη θεωρία που έχει διατυπωθεί ως σήµερα για την ερµηνεία του τρόπου δράσης τους είναι η θεωρία Lipid-Protein-Partitioning (ή συνοπτικά θεωρία LPP) Ο πυρήνας της θεωρίας αυτής είναι ότι οι επιταχυντές διαβατότητας συνήθως λειτουργούν µε έναν ή περισσότερους κύριους µηχανισµούς: Προκαλούν αλλαγές στις λιπιδικές περιοχές (Lipid) Επιδρούν στις πρωτεΐνες της κεράτινης στοιβάδας (Protein) Αυξάνουν τον συντελεστή κατανοµής στο δέρµα, του φαρµάκου ή άλλων επιταχυντών διαβατότητας (Partitioning) Ειδικότερα, η θεωρία Lipid-Protein-Partitioning, που θεµελιώθηκε από τον B.W. Barry, περιγράφει τρεις πιθανές θέσεις στην επιδερµίδα, όπου ασκούν δράση οι επιταχυντές διαβατότητας. Οι θέσεις αυτές και οι πιθανοί µηχανισµοί αύξησης της διαδερµικής απορρόφησης σε αυτούς περιγράφονται παρακάτω 83. Αλληλεπιδράσεις στη θέση Α Οι πολικές κεφαλές των λιπιδίων αλληλεπιδρούν συχνά µε τους επιταχυντές διαβατότητας, µε αποτέλεσµα την αλλαγή των δεσµών υδρογόνου και των ιοντικών δεσµών. Οι επιταχυντές διαταράσσουν τις υδάτινες σφαίρες των λιπιδίων και οι επακόλουθες αλλαγές στις πολικές κεφαλές επιφέρουν αλλαγές και στη διάταξη της περιοχής. Έτσι, αυξάνεται η ρευστότητα και διευκολύνεται η διάχυση των πολικών φαρµάκων. Μία δεύτερη απόκριση που λαµβάνει χώρα είναι η αύξηση εισχώρησης ύδατος στην επιδερµίδα και η τελική αύξηση του υδατικού όγκου µεταξύ των λιπιδικών διπλοστιβάδων, επιτρέποντας πάλι την ευκολότερη διέλευση των πολικών φαρµάκων. Το ίδιο το νερό δρα σαν ένας αποτελεσµατικός επιταχυντής διαβατότητας, καθώς η αυξηµένη ενυδάτωση της επιδερµίδας τροποποιεί τη δοµή της κεράτινης στιβάδας. Άµεση επίδραση στην περιοχή Β 42

43 Ένας επιταχυντής διαβατότητας µπορεί να τροποποιήσει την υδατική περιοχή και συνεπώς να αυξήσει τον υδατικό όγκο µε περισσότερους από τους παραπάνω τρόπους. Πιο συγκεκριµένα ορισµένοι διαλύτες µπορούν να επιδράσουν απ ευθείας στην υδατική περιοχή, να µεταβάλλουν τη σύσταση της και να αυξήσουν την ικανότητα διάλυσης λιπόφιλων µορίων, όπως οιστραδιόλη ή υδροκορτιζόνη. Το τελικό αποτέλεσµα είναι ότι αυξάνεται ο συντελεστής κατανοµής του φαρµάκου στο δέρµα, µε επακόλουθο τη συσσώρευσή υψηλών συγκεντρώσεών του στο δέρµα. Ένα µειονέκτηµα αυτού του µηχανισµού δράσης είναι ότι η αύξηση της διαλυτοποίησης µειώνει προσωρινά το ρυθµό διάχυσης του φαρµάκου στην κεράτινη στιβάδα. Επίδραση στην θέση Γ (στη λιπιδική περιοχή) Πολλοί επιταχυντές διαβατότητας, εξαιτίας της δοµής τους εισέρχονται µεταξύ των υδρόφοβων αλυσίδων των διπλοστοιβάδων, διαταράσσουν τη δοµή τους, αυξάνουν τη «ρευστότητα» τους και γίνεται ευκολότερη η διείσδυση των ουσιών. Οι επιδράσεις στις λιπιδικές δοµές έχουν ως αποτέλεσµα και αλλαγές στις περιοχές των πολικών κεφαλών µε αποτέλεσµα να διευκολύνεται η διαπέραση των πολικών ουσιών. Οι ταυτόχρονες αλλαγές στις θέσεις Α και Γ χαρακτηριστικό των αµφιφιλικών επιταχυντών διαβατότητας. Αυτοί εισέρχονται στη λιπιδική διπλοστιβάδα παρόµοια µε τα λιπόφιλα µόρια και διαχέονται. Ιδιαίτερα σηµαντικός παράγοντας για τον τρόπο δράσης συγκεκριµένων επιταχυντών διαβατότητας είναι η σωστή επιλογή συνδιαλύτη. Για παράδειγµα µπορεί να αναφερθεί η Azone, τα τερπένια και οι ακόρεστες ενώσεις µε µακριές αλυσίδες, όπως το ελαϊκό οξύ και η ελαϊκή αλκοόλη. Για να καταφέρουν αυτές οι ουσίες να φτάσουν στη θέση Α (την πολική επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστιβάδας), απαιτείται η παρουσία κάποιου συνδιαλύτη, συνήθως προπυλενογλυκόλη ή αιθανόλη. Είναι πιθανό η δράση του συνδιαλύτη να σχετίζεται µε τη µείωση της πολικότητας της υδατικής περιοχής, µε αποτέλεσµα την αύξηση της ικανότητας διάλυσης λιπόφιλων ουσιών, όπως η Azone και τα ελαϊκά παράγωγα. Ακόµα ο συνδιαλύτης µπορεί να αλλάξει την διάταξη των λιπιδικών πολικών κεφαλών, µε αποτέλεσµα οι πολικές κεφαλές των επιταχυντών διαβατότητας να εισέρχονται ανάµεσα τους, ενώ οι λιπόφιλες ουρές τους παρεµβάλλονται µεταξύ των 43

44 υδρόφοβων οµάδων των λιπιδίων της µεµβράνης και κατά συνέπεια αυξάνεται η ρευστότητα των λιπιδικών περιοχών των µεµβρανών. Β A Γ Λιπίδια Επιταχυντές διαβατότητας Επιταχυντές διαβατότητας Λιπίδια µε σφαίρα επιδιαλύτωσης Σχήµα 13: Θέσεις δράσεις των επιταχυντών διαβατότητας σύµφωνα µε τη θεωρία L-P-P 84 Υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι για να κατηγοριοποιήσουµε τους επιταχυντές διαβατότητας. Μπορούν να διακριθούν µε βάση την ικανότητα τους να επιταχύνουν διάφορα µόρια µε συγκεκριµένη χηµική δοµή ή µε βάση µε το µηχανισµό µε τον οποίο δρουν και επιταχύνουν τη διάβαση της δραστικής ουσίας µέσω του δέρµατος. Στον παρακάτω πίνακα η κατάταξη γίνεται ανάλογα µε τη χηµική κατηγορία που ανήκουν και επίσης αναφέρονται παραδείγµατα από κάθε κατηγορία ουσιών που έχουν εξετασθεί για τη δράση τους. 44

45 Χηµικές κατηγορίες επιταχυντών διαβατότητας Παραδείγµατα ενώσεων που είναι επιταχυντές διαβατότητας από κάθε κατηγορία Τρόπος δράσης των επιταχυντών διαβατότητας ανάλογα µε την χηµική τους δοµή. Σουλφοξείδια Εστέρες κορεσµένων οξέων. Πολυόλες διµέθυλοσουλφοξείδιο δεκυλ-µεθυλοσουλφοξείδιο Ν-άρυλουλ-µινοσουλφοράνια, Ν-άρυλ-ίµινοσουλφοράνια isopropyl n-hexanoate, isopropyl n- decanoate,µυριστικός ισοπρόπυλεστέρας, παλµιτικός ισοπροπυλεστέρας,, οξικό βουτύλιο, οξικό µεθύλιο, methylvalerate, methylpropionate, diethyl sebacate, ethyl oleate γλυκόλη, διπροπύλενογλυκόλη, γλυκερόλη, προπανοδιόλη, βουτενοδιόλη, πεντανοδιόλη εξανοτριόλη ουρία Αλληλεπίδραση µε τις πρωτεΐνες της ΚΣ (αλλαγή της δοµής της κερατίνης από α-έλικα σε β- επιφάνεια). Σε συγκέντρωση >60% αλληλεπιδρά µε τις πολικές κεφαλές των λιπιδίων της κεράτινης στοιβάδας σχηµατίζοντας δεσµούς υδρογόνου λόγο της πολικής οµάδας S-O αντικαθιστώντας τα µόρια του νερού.εκχύλιση λιπιδίων, προαγωγή κατανοµής ιαπερνούν την ΚΣ και αυξάνουν την κινητικότητα εντός των λιπιδίων, διαταράσσοντας τη δοµή τους. Προαγωγή κατάνοµής της ουσίας από το φορέα στο δέρµα 91. Αύξηση της διαπερατότητας της κεράτινης στοιβάδας µε µεταβολή του λόγου κατανοµής της δραστικής ουσίας µεταξύ του φορέα στον οποίο είναι διαλυµένη και της κεράτινης στοιβάδας. Επιπλέον 45

46 Αµίδια ουρία, διµέθυλακεταµίδιο, διαίθυλτολουαµίδιο, διµέθυλοφορµαµίδιο, διµέθυλ-οκταµίδιο διµέθυλ-δεκαµίδιο βιοδιασπώµενη κυκλική ουρία αυξάνει την διαλυτότητα των δραστικών συστατικών,αυξάνοντας µε αυτό τον τρόπο τη θερµοδυναµική ενεργότητα και εποµένως και την απορρόφηση. ιαλυτικές ιδιότητες, αποµάκρυνση κεραµιδίων ΚΣ. Πυρολιδόνες Azone και παράγωγα l-αλκυλ-4-ιµιδαζολιδιν-2-όνη Παράγωγα πυρρολιδόνης: l-µέθυλ-2-πυρρολιδόνη, 2- πυρρολιδόνη, 1 -λάουριλ-2-πυρρολιδόνη, 1 - µέθυλ-4-κάρβοξυ-2-πυρρολιδόνη, l-έξυλ-4- κάρβοξυ-2-πυρρολιδόνη, l-λάουριλ-4-κάρβοξυ- 2-πυρρολιδόνη, l-µέθυλ-4-µέθοξυκαρβονυλ-2- πυρρολιδόνη, l-έξυλ-4-µέθοξυκαρβόνυλ-2- πυρρολιδόνη N-κυκλοέξυλοπυρρολιδόνη, W- διµέθυλάµινοπροπυλ-πυρρολιδόνη, W- κοκοάλκυλπυρρολιδόνη, /Vτολουάλκυλπυρρολιδόνη, Βιοδιασπώµενα παράγωγα πυρρολιδόνης κορεσµένοι εστέρες του(2-ύδροξυεθυλ)-2-πυρρολιδόνη, Κυκλικά αµίδια: l-dodecylazacycloheptane-2-one Azone -αζόνη, 1 -geranylazacycloheptan-2-one, 1 -farnesylazacycloheptan-2-one, l- geranylgeranylazacycloheptan-2-one, l-(3,7- dimethyloctyl)azacycloheptan-2-one, l-(3,7,lltrimethyldodecyl)azacyclohaptan-2-one, 1 - geranylazacyclohexane-2-one, 1 - geranylazacyclopentan-2,5-dione, 1 - farnesylazacyclopentan-2-one Απρωτικοί διαλύτες. Αυξηµένη αποτελεσµατικότητα για υδρόφιλα φάρµακα Είναι όµως αποτελεσµατικά και σε υδρόφοβα µόρια και µάλιστα όσο µεγαλώνει το µοριακό βάρος τόσο αποτελεσµατικότερα γίνονται., αυξάνοντας το συντελεστή διάχυσης στην κεράτινη στιβάδα Αλληλεπίδραση µε τα λιπίδια της ΚΣ και δηµιουργία κενών χώρων αποδιάταξη της λιπιδικής διπλοστοιβάδας µε παρεµβολή µεταξύ των πολικών οµάδων των φωσφολιπιδίων 92 Επιφανειοδραστικές ουσίες εξαµεθύλενολαουραµίδιο και τα παράγωγα του διαιθανολαµίνη,τριαιθανολαµίνη Ανιονικά. Αύξηση διαδερµικής απώλειας νερού, αλληλεπίδραση µε κερατίνη, αποµάκρυνση 46

47 ανιονικά: λαουρικό νάτριο, λαουροθειικό νάτριο λιπιδίων κατιονικά: βρωµιούχο κετυλτριµέθυλαµµώνιο,βρωµιούχο τετρακέτυλµέθυλ-αµµώνιο, χλωριούχο βενζαλκώνιο, octadecyltrimethylammonium chloride, χλωριούχο κετυλ-πυρριδίνιο, χλωριούχο δοδέκυλτριµεθυλ-αµµώνιο, χλωριούχο εξάκυλτριµέθυλ-αµµώνιο µη ιονικά: Poloxamer (231, 182, 184), Brij (30, 93, 96, 99), Span (20, 40, 60, 80, 85), Tween (20, 40, 60, 80), Myrj (45, 51, 52), Miglyol 840 χολικά άλατα, αµφοτερικές ενώσεις: Sodium cholate, sodium salts of taurocholic, glycholic, desoxycholic acids λεκιθίνη Τερπένια Υδροκαρβονικά : D-λιµονένιο, ct-πινένιο, p- καρδένιο Κατιονικά. Αποµάκρυνση λιπιδίων, αλληλεπίδραση µε κερατίνη. Μη ιονικά. ιαλυτοποίηση των λιπιδίων της ΚΣ. µέσω σχηµατισµού λιπιδίων Μετουσίωση των πρωτεινών και λιποπρωτεινών της Κ.Σ. Γαλακτωµατοποιούν το σµήγµα Τα τερπένια µε πολικές οµάδες είναι πιο αποτελεσµατικά για υδρόφιλα φάρµακα και αυτά µε µη πολικές οµάδες είναι πιο κατάλληλα για λιπόφιλα φάρµακα. Αλκοόλες a-τερπινεόλη, τερπινέν-4-όλη, καρβόλη Βοηθούν τη διαπέραση µε το να αυξάνουν το logp του φαρµάκου µέσα στο δ/µα που βρίσκονται µε το περιεχόµενο Η 2 Ο της 81, 82, 83, 84, 85 επιδερµίδας. Κετόνες Carvone, pulegone, pipcritonc ηµιουργούν υδατικές Οξείδια Οξείδιο του κυκλοεξανίου, οξείδιο του λιµονένιου οξείδιο του α-πινένιου,οξείδιο του α- δεξαµενές µέσα στο κεράτινη στοιβάδα αυξάνοντας τη διατοµή των υδάτινων καναλιών της επιδερµίδας και επιτρέποντας την αυξηµένη διαπερατότητα των 83, 84, 85 υδρόφιλων µορίων. Μεταβολή του συντελεστή κατανοµής µεταξύ 47

48 πινενίου κεράτινη στοιβάδα και φορέα του φαρµάκου. Έλαια Ylang ylang, άνισος, chenopodium, ευκάλυπτος Μεταβολή του συντελεστή κατανοµής µεταξύ κεράτινη στοιβάδα και φορέα του φαρµάκου. Αλκανοειδή /V-επτάνιο, N-οκτάνιο, N-εννεάνιο, W-δεκάνιο, /V-ενδεκάνιο, N-δωδεκάνιο, W-τριδεκάνιο, N- τετραδεκάνιο, N-εξαδεκάνιο Με τις µακριάς αλύσου υδρογονανθρακικές αλυσίδες που περιέχουν παρεµβάλονται στα αλκυλάκρα των λιποπρωτεινών της διπλοστοιβάδας ιδιαίτερα για όσα αλκανοειδή έχουν αλυσίδες µε παρόµοιο αριθµό υδρογονανθράκων µε τα λιπίδια της κεράτινης στοιβάδας και εµποδίζουν τη δηµιουργία δεσµών Van der Waals οπότε γεγονός που επιτρέπει την απλευθέρωση µεγαλύτερου µοριακού όγκου από την λιπιδική διπλοστοιβάδα Οργανικά οξέα Σαλικυλικό οξύ και σαλικυλικά (περιλαµβανοµένου τα αίθυλ,προπυλενο,γλύκολο παράγωγα τους ), κιτρικό και σουκιννικό οξύ Προαγωγή κατανοµής και αύξηση κινητικότητας εντός των λιπιδίων της ΚΣ. Σχηµατισµός ενός πιο λιπόφιλου ιονικού ζεύγους. Πίνακας 2: Κατάταξη επιταχυντών διαβατότητας ανά χηµική κατηγορία και τρόπος δράσης στην κεράτινη στιβάδα Αποµάκρυνση κεράτινης στιβάδας Αυτή µπορεί να γίνει µε εφαρµογή κερατολυτικών ουσιών στο δέρµα. Σαν κερατολυτικά ή καλύτερα απολεπιστικά χαρακτηρίζονται οι ουσίες που διευκολύνουν την απολέπιση. Εκτός από το σαλικυλικό οξύ, έχουν χρησιµοποιηθεί τα οξέα 48

49 γαλακτικό, πυρουβικό, κιστρικό, ρετινοϊκό, το υπεροξείδιο του βενζοϋλίου και η ουρία. Η τελευταία αυξάνει ακόµη περισσότερο τη διαδερµική απορρόφηση αφού έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει και την ενυδάτωση της κερατίνης στιβάδας Μικροβελόνες Ανήκουν στην κατηγορία των βιολογικών µικροηλεκτροµηχανικών συστηµάτων (Biological microelectromechanical systems ή BioMEMS) και είναι πολύ ελπιδοφόρα καινοτοµικά συστήµατα για τη διαδερµική χορήγηση φαρµάκων. Η ανώδυνη αυτή µέθοδος χρησιµοποιεί µια σειρά αιχµηρών, µικροσκοπικών και κοίλων βελονών για να διαπεράσει τον επιδερµιδικό φραγµό και να χορηγήσει ουσίες ή να εξάγει βιολογικά ή/και παθολογικά συστατικά. Οι µικροβελόνες έχουν µήκος 10 µε 100 µm και πλάτος 10 εώς 50 µm. Είναι συµπαγείς ή κενές εσωτερικά και συνδέονται µε το φάρµακο που περιέχει το ΘΣ. Καθώς εφαρµόζονται στο δέρµα διαπερνούν την κεράτινη στιβάδα, παρακάπτοντας έτσι το φραγµό της, αλλά δεν φτάνουν εώς τις νευρικές απολήξεις, ώστε να προκαλέσουν πόνο. Η µέθοδος αυτή δε δηµιουργεί κανένα περιορισµό όσον αφορά στην πολικότητα ή το µοριακό βάρος της δραστικής ουσίας που θα χρησιµοποιηθεί. Αντίθετα µε τα περισσότερα διαδερµικά συστήµατα, αυτή η µέθοδος επιτρέπει τη µετακίνηση και µεγαλύτερων µορίων όπως πρωτεϊνών, αντισωµάτων, εµβολίων και πολυπεπτιδίων. Σχήµα 14: Μικροβελόνες Ιοντοφόρηση 103 Η βασική αρχή της ιοντοφόρησης είναι η εφαρµογή ηλεκτρικού ρεύµατος χαµηλής έντασης στο δέρµα, το οποίο και αποτελεί την κινητήριο δύναµη που επιτρέπει την διαπέραση του δέρµατος από τα φορτισµένα σωµατίδια του φαρµάκου. Στην 49

50 επιδερµίδα τοποθετείται ένα ΘΣ, το οποίο αποτελεί τη δεξαµενή του φαρµάκου και κάτω από αυτό τοποθετείται ένα ενεργό ηλεκτρόδιο. Ένα άλλο ηλεκτρόδιο, σε άλλο σηµείο του δέρµατος, χρησιµεύει για τη δηµιουργία κλειστού κυκλώµατος. Τα φορτισµένα µόρια ωθούνται υπό την επίδραση της διαφοράς δυναµικού, διαµέσου της µεµβράνης. Αυτή η ηλεκτρική ώθηση θεωρείται ο κύριος µηχανισµός αύξησης της διαδερµικής διαπερατότητας στην ιοντοφόρηση. Ο αριθµός των φορτισµένων µορίων που κινούνται διαµέσου της επιδερµίδας είναι ανάλογος µε την ισχύ του ρεύµατος που εφαρµόζεται. Η αποτελεσµατικότητα της µεταφοράς εξαρτάται από τους παρακάτω παράγοντες: To ph του µέσου. Καθώς ο ιονισµός του φαρµάκου ελέγχεται από το ph, η µεταφορά γίνεται καλύτερα σε ένα εύρος τιµών ph στο οποίο το φάρµακο είναι πλήρως ιονισµένο. 2. Τη φύση των συνδιαλυτών στο φορέα, που ανταγωνίζονται για τη µεταφορά του ρεύµατος Την ένταση του ρεύµατος. Η ροή του φαρµάκου είναι ανάλογη προς την ένταση του ρεύµατος που εφαρµόζεται, αλλά αυτή περιορίζεται για λόγους ασφαλείας µέχρι τα 0.5 ma/cm 4. Το µοριακό βάρος. Στα µεγαλύτερα µόρια η εφαρµογή της ιονοτοφόρησης είναι λιγότερο αποτελεσµατική. Καθώς αυξάνεται το µέγεθος του µορίου του φαρµάκου, η µεταφορά του καθορίζεται περισσότερο από την ηλεκτροωσµωτική ροή και λιγότερο από την ιοντική µεταφορά Συγκέντρωση του φαρµάκου στο φορέα. Αυξηµένη συγκέντρωση συνεπάγεται αυξηµένη µεταφορά διαµέσου του δέρµατος Συχνότητα του εφαρµοζόµενου ρεύµατος. 50

51 Σχήµα 15: Συσκευή ιοντοφόρησης Ηλεκτροφόρηση Σε αντίθεση µε την ιοντοφόρηση όπου εφαρµόζεται ένα χαµηλό δυναµικό, η ηλεκτροφόρηση προϋποθέτει την εφαρµογή αρκετά υψηλότερης τάσης για µια χρονική περίοδο από 10 µs έως 100 ms. Η ηλεκτροφόρηση δηµιουργεί προσωρινούς υδρόφιλους πόρους (υδάτινες διαδροµές) κατά µήκος του δερµατικού φραγµού, χάρη σε ένα µηχανισµό στιγµιαίας αναδιάταξης των λιπιδίων. Οι πόροι αυτοί επιτρέπουν τη µετακίνηση µακροµορίων µε ένα συνδυασµό µηχανισµών διάχυσης, ηλεκτροφόρησης και ηλεκτροόσµωσης Υπέρηχοι Μια άλλη τεχνική που έχει χρησιµοποιηθεί ευρέως για να περιορίσει τη λειτουργία του εµποδίου της κεράτινης στοιβάδας (SC) και να ενισχύσει τη διείσδυση φαρµάκων από το δέρµα είναι η χρήση υψηλής ή χαµηλής συχνότητας υπέρηχων. Η βελτίωση της απορρόφησης είναι στην περίπτωση αυτή αποτέλεσµα τω αλλαγών που προκαλούν οι υπέρηχοι στην επιδερµίδα. Οι Tang et al έδειξαν µε τις εργασίες τους ότι οι υπέρηχοι χαµηλής συχνότητας δρουν διαταράσσοντας την «πακεταρισµένη» δοµή των λιπιδίων της κεράτινης στοιβάδας δηµιουργώντας κενές κοιλότητες, οι οποίες καταρρέουν, αυξάνοντας έτσι τους κενούς χώρους ανάµεσα στις λιπιδικές διπλοστοιβάδες και προάγοντας τη διαπέραση των ουσιών. Άλλες µελέτες έχουν δείξει ότι η εφαρµογή υπερήχων στο δέρµα µπορεί να αυξήσει µέχρι και φορές την ικανότητα των πρωτεϊνών µε µέγεθος ίσο µε της ινσουλίνης να διαπερνούν την κεράτινη στιβάδα. Η χρήση ενός ΘΣ σε συνδυασµό µε τοπική χρήση υπερήχων έχει προταθεί ως ο πιο αποτελεσµατικός τρόπος για διαδερµική χορήγηση ινσουλίνης. Επίσης είναι δυνατή η διαδερµική εξαγωγή ουσιών προς ανάλυση µε σκοπό την παρακολούθηση των επιπέδων τους για διαγνωστικούς σκοπούς, όπως της γλυκόζης, µέσω της «αντίστροφής υπερήχησης» (reverse sonophoresis) 110. Η συχνότητα των υπερήχων παίζει σηµαντικό ρόλο στην εφαρµογή της µεθόδου αυτής. Η παρατεταµένη έκθεση της επιδερµίδας σε σονοφόρηση υψηλής συχνότητας έχει αποδειχθεί ότι µπορεί να επιφέρει µόνιµες αλλαγές στη µορφολογία της. Αντίθετα, η χρήση υπερήχων χαµηλής συχνότητας δεν παρατηρήθηκε ότι επιφέρει 51

52 µόνιµη απώλεια των προστατευτικών ιδιοτήτων του δέρµατος σε πειράµατα µε ποντίκια. Εχει αναφερθεί ότι η επιθυµητή διαδερµική διαπερατότητα µπορεί να επιτευχθεί ανεξαρτήτως της συχνότητας που θα επιλέξουµε, παρόλο που η απαιτούµενη ενεργειακή πυκνότητα είναι µεγαλύτερη στις υψηλότερες συχνότητες 111. Σχήµα 16: Χρήση υπέρηχων Μαγνητοφόρηση Η µαγνητοφόρηση είναι µια καινούρια προσέγγιση στη βελτιστοποίηση της διαδερµικής απορρόφησης. Η επίδραση της έντασης του µαγνητικού πεδίου στη ροή διάχυσης του φαρµάκου διαµέσου της επιδερµίδας βρέθηκε ότι την αυξάνει σηµαντικά Οι Murthy και Ηiremath ανέφεραν ότι η εφαρµογή µαγνητικού πεδίου αύξανε τη διαδερµική απορρόφηση της θειϊκής τερβουταλίνης Φωτοµηχανικό κύµα Στη µέθοδο αυτή, το διάλυµα του φαρµάκου τοποθετείται στο δέρµα, καλύπτεται και ακτινοβολείται µε ένα παλµό λέιζερ. Το παραγόµενο φωτοµηχανικό κύµα που προκύπτει επιδρά στην κεράτινη στοιβάδα και αυξάνει τη διαπερατότητα. Η χρήση φωτοµηχανικού κύµατος είναι ανώδυνη για τον ασθενή και δεν επιφέρει µόνιµη αλλοίωση της κεράτινης στιβάδας Θερµοφόρηση 115 Κατά τον Kligman 116, η διάχυση διαµέσου του δέρµατος είναι µία θερµο-εξαρτώµενη διαδικασία και συνεπώς αυξάνεται µε την άνοδο της θερµοκρασίας. Η αύξηση της θερµοκρασίας του διαµερίσµατος δότη κατά τη διεξαγωγή πειραµάτων διαδερµικής 52

53 διαπερατότητας έχει σαν αποτέλεσµα την αύξηση της αθροιστικής ποσότητας φαρµάκου που διαπερνά το δέρµα ανά µονάδα επιφάνειας. Η αύξηση αυτή οφείλεται στην επίδραση της θερµότητας στο δέρµα, η οποία προκαλεί αυξηµένη αιµατική ροή, αυξηµένη διαπερατότητα της κεράτινης στιβάδας και αυξηµένη διαπερατότητα των τοιχωµάτων των τριχοειδών. Η θέρµανση πριν την εφαρµογή του φαρµάκου στο δέρµα θα διαστείλει τις οδούς διαπέρασης του φαρµάκου και θα αυξήσει την κινητική ενέργεια των σωµατιδίων του. Η θέρµανση µετά την εφαρµογή θα αυξήσει την πρόσληψη από τα τριχοειδή, αυξάνοντας τη συστηµική απορρόφηση αλλά µειώνοντας την τοπική απορρόφηση, καθώς τα µόρια της ουσίας θα αποµακρύνονται γρήγορα από το σηµείο εφαρµογής Θερµοδυναµική ενεργότητα 117 Η δηµιουργία υπέρκορου διαλύµατος φαρµάκου είναι ένας τρόπος να αυξηθεί η διαδερµική απορρόφηση χωρίς αλλαγή στη δοµή της κεράτινης στιβάδας. Ο µηχανισµός λειτουργίας αυτής της µεθόδου βασίζεται στην αύξηση της θερµοδυναµικής ενεργότητας του φαρµάκου, αυξάνοντας τη διαφορά των συγκεντρώσεων Co Ci στο νόµο του Fick και οδηγώντας σε εντονότερη διάχυση της ουσίας στην κεράτινη στιβάδα. ιάφοροι τρόποι µπορεί να οδηγήσουν σε δηµιουργία υπέρκορου συστήµατος: Θέρµανση και κατόπιν ψύξη Αφαίρεση ενός διαλύτη Προσθήκη ουσίας που θα µειώσει τη διαλυτότητα κορεσµού του φαρµάκου στο φορέα Παρόλα αυτά, τα υπέρκορα συστήµατα τείνουν να είναι θερµοδυναµικά ασταθή και να παρουσιάζουν το φαινόµενο της κρυστάλλωσης του φαρµάκου µετά από κάποιο διάστηµα. Προσπάθειες για να αυξηθεί η σταθερότητα αυτών των συστηµάτων έχουν γίνει και περιλάµβαναν κυρίως την προσθήκη πολυµερών που λειτουργούν ως παράγοντες που αποτρέπουν την δηµιουργία πυρήνων κρυστάλλωσης. 53

54 Σχηµατισµός προφαρµάκου Για να µπορέσει ένα φάρµακο να διαπεράσει το δέρµα και να κριθεί κατάλληλο για µορφοποίηση σε ΘΣ πρέπει να ικανοποιεί κάποιες προϋποθέσεις που αφορούν στις φυσικοχηµικές του ιδιότητες, όπως το συντελεστή κατανοµής κ.ά. Σε περίπτωση που οι ιδιότητες ενός φαρµάκου δεν κρίνονται ικανοποιητικές, µπορούν να τροποποιηθούν µε χηµική µετατροπή και σύνθεση προφαρµάκου. Με αυτόν τον τρόπο διευκολύνεται η διαπέραση του µορίου από το δέρµα, ενώ στη συνέχεια αποδεσµεύεται το φάρµακο ως αποτέλεσµα ενζυµατικής ή χηµικής αντίδρασης, που συµβαίνει σε υποκείµενες στοιβάδες του δέρµατος Ιοντικό ζεύγος Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η διαπέραση του δέρµατος από τις φαρµακευτικές ουσίες γίνεται όταν αυτές βρίσκονται στη µη ιονισµένη µορφή τους, κάτι που υπαγορεύεται και από την αρχή ph-µερισµού. Η ικανότητα µιας ουσίας να διαπεράσει το δερµατοεπιδερµικό φραγµό εξαρτάται από το pka της ουσίας, το ph που επικρατεί στην εξωτερική πλευρά της µεµβράνης και το συντελεστή κατανοµής της µη ιονισµένης µορφής της φαρµάκου. Η θεωρία αυτή εξηγεί την παθητική διάχυση ουδέτερων µορίων και µη ιονισµένων ασθενών οξέων ή βάσεων, όµως πολλά φάρµακα είναι ασθενή οξέα ή βάσεις και υπάρχουν υπό την ιονισµένη µορφή σε φυσιολογικό ph, µε αποτέλεσµα θεωρητικά να παρεµποδίζεται η κατανοµή και η διάχυση τους στο δέρµα. Μία µέθοδος που εφαρµόζεται για να αυξηθεί η διαπέραση τέτοιων µορίων είναι ο σχηµατισµός ιονικού ζεύγους. Αυτό σχηµατίζεται όταν το ιονισµένο/ υδρόφιλο µόριο της δραστικής ουσίας συζευχθεί µε ένα αντισταθµιστικό ιόν αντίθετου φορτίου και µεγαλύτερης λιποφιλίας. Το ουδέτερο σύµπλοκο που σχηµατίζεται οφείλεται στην ηλεκτροστατική έλξη λόγω αντίθετου φορτίου των δύο αντισταθµιστικών ιόντων και ακολουθεί το νόµο του Coulomb, χωρίς το σχηµατισµό ετεροπολικού δεσµού µεταξύ των αντίθετα φορτισµένων ιόντων. Η ισορροπία της αντίδρασης σχηµατισµού ενός ιονικού ζεύγους είναι η παρακάτω: A B A B 54

55 Ο γενικός συµβολισµός A + B χρησιµοποιείται για να περιγράψει ένα ιονικό ζεύγος. Ο συµβολισµός αυτός αναφέρεται σε θερµοδυναµικώς σταθερά ιονικά ζεύγη, τα οποία υφίστανται ως σύµπλοκα κι όχι ως το αποτέλεσµα µιας εφήµερης, παροδικής αλληλεπίδρασης Τα ζεύγη που προκύπτουν έχουν το πλεονέκτηµα ότι είναι πιο λιπόφιλα από την αρχική ένωση, συνεπώς διέρχονται ευκολότερα και σε µεγαλύτερο ποσοστό µέσω των βιολογικών µεµβρανών άρα και των λιπιδικών διπλοστοιβάδων της κεράτινης στοιβάδας. Σύµφωνα µε τη θεωρία του Bjerrum, ιονικά ζεύγη σχηµατίζονται όταν αντίθετα φορτισµένα ιόντα πλησιάσουν µεταξύ τους και τα κέντρα τους απέχουν κατά απόσταση d, που αποτελεί την κρίσιµη απόσταση για τη σταθεροποίησή τους ως ιονικά ζεύγη. Η κρίσιµη απόσταση d είναι αντιστρόφως ανάλογη της διηλεκτρικής σταθεράς του µέσου ε. Το γεγονός αυτό ευνοεί το σχηµατισµό ιονικών ζευγών σε µέσα µε χαµηλή διηλεκτρική σταθερά, π.χ. κάτω από 40, όπως συµβαίνει στους οργανικούς διαλύτες (ε αιθανόλης = 24.3), σε σχέση µε µέσα όπως το νερό (ε =78.5). Ωστόσο, αν τα ιόντα είναι πολύ λιπόφιλα είναι εφικτός ο σχηµατισµός ιονικού ζεύγους και σε υδατικά µέσα Ευτηκτικά συστήµατα Ως ευτηκτικό σύστηµα ορίζουµε το µείγµα δύο χηµικών συστατικών, τα οποία δεν αλληλεπιδρούν µεταξύ τους, αλλά σε συγκεκριµένες αναλογίες οι οποίες ονοµάζονται ευτηκτικές αναλογίες- δηµιουργούν ένα σύστηµα µε χαµηλότερο σηµείο τήξης από τα σηµεία τήξης των επιµέρους συστατικών. Το σηµείο του διαγράµµατος φάσεων που αντιστοιχεί στην ευτηκτική θερµοκρασία και σύσταση, ονοµάζεται ευτηκτικό σηµείο. Η αιτία που συµβαίνει αυτό είναι ότι τα επιµέρους συστατικά αλληλοαναστέλλουν τις διαδικασίες κρυστάλλωσης. Οι ουσίες αυτές πρέπει να αναµιγνύονται όταν βρίσκονται στην υγρή φάση, αλλά να παραµένουν διαχωρισµένες στη στερεή φάση. Στα διαδερµικά θεραπευτικά συστήµατα το χαµηλό σηµείο τήξης της δραστικής ουσίας αποτελεί ένα σηµαντικό παράγοντα για την καλή διαδερµική απορρόφηση του φαρµάκου. Ως εκ τούτου, η δηµιουργία ευτηκτικών συστηµάτων έχει χρησιµοποιηθεί σαν τρόπος αύξησης της διαδερµικής απορρόφησης ουσιών. Ειδικότερα, βρέθηκε ότι το σηµείο τήξης των ουσιών λιδοκαίνη-δοδεκαϊνόλη σε συνδυασµό ήταν σηµαντικά 55

56 χαµηλότερο από αυτό της σκέτης λιδοκαίνης, οδηγώντας σε απορρόφηση της λιδοκαίνης από το δέρµα έξι φορές µεγαλύτερη. 123 Παρόµοια συµπεράσµατα έγιναν και για τα ευτηκτικά συστήµατα της ιβουπροφαίνης µε διάφορα τερπένια. Η χρήση αυτών σε διαδερµικό θεραπευτικό σύστηµα και η επακόλουθη µείωση του σηµείου τήξης της ιβουπροφαίνης οδήγησε σε σηµαντικά αυξηµένη απορρόφηση του φαρµάκου από το δέρµα. Επίσης στο εµπόριο έχει κυκλοφορήσει κρέµα για τοπική αναισθησία (EMLA ), η οποία περιέχει λιδοκαΐνη και πριλοκαΐνη σε αναλογία 1:1, οπότε και σχηµατίζεται ευτηκτικό σύστηµα σηµείου τήξεως 18 o C 124. Σχήµα 17: ιάγραµµα φάσεων που παρουσιάζει το ευτηκτικό σηµείο µείγµατος τριών συστατικών : σεµενίτη, ωστεϊνίτη και φερρίτη Λιποσώµατα 126 Τα φωσφολιπίδια είναι µόρια που σχηµατίζουν διπλές µεµβράνες στα υδάτινα περιβάλλοντα, διαµορφώνοντας κύστεις που ονοµάζονται λιποσώµατα. Η διαµόρφωση αυτή σε κύστεις αποτελεί τη βάση του σχηµατισµού των κυτταρικών µεµβρανών και διαµερισµάτων. Τα λιποσώµατα, µε την εξαιρετική ικανότητά τους για αλλαγή της διαµόρφωσής τους, µπορούν να εισχωρήσουν στο δέρµα, διαπερνώντας του µικροσκοπικούς πόρους (~20 nm) της βασικής µεµβράνης (δερµατοεπιδερµιδικός φραγµός). Τα λιποσώµατα έχουν βρει πολλές εφαρµογές ως µεταφορείς ουσιών. Συχνά µπορεί να µεταφέρουν υδρόφιλες ουσίες στον υδάτινο πυρήνα τους. Επιπλέον, οι λιπόφιλες ή ετερόφιλες ενώσεις µπορούν να µεταφερθούν εάν ενσωµατωθούν στη διπλή λιπιδική µεµβράνη. Στην παρασκευή των καλλυντικών προϊόντων χρησιµοποιούνται επίσης, συχνά, άδεια λιποσώµατα, αφού έχουν την 56

57 ικανότητα να αυξάνουν την ενυδάτωση της επιδερµίδας. Τα τελευταία χρόνια γίνονται αρκετές πρόοδοι στον τοµέα αυτόν, όπως και στην έρευνα για νέες φόρµες νανο-συστηµάτων µεταφοράς ουσιών π.χ.νανο-γαλακτώµατα, νανο- τεµαχίδια, transfersomes, niosomes κ.ά. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον σαν φορείς ουσιών για διαδερµική απορρόφηση παρουσιάζουν και τα νανογαλακτώµατα. Η µεγάλη επιφάνειά τους σε συνδυασµό µε την υψηλή ικανότητα διάλυσης υδρόφοβων ουσιών και την ικανότητά τους να αυξάνουν τη διαπέραση µορίων από το δέρµα καθιστά τη χρήση τους σε ΘΣ ελπιδοφόρα. Οι λεκιθίνες, µίγµατα φωσφολιπιδίων παρόµοιων µε αυτά που περιέχονται στο δέρµα, έχουν προταθεί ως οι ιδανικοί επιφανειοδραστικοί παράγοντες για χρήση σε νανογαλακτώµατα, κυρίως εξαιτίας της άριστης συµβατότητάς τους µε το δέρµα. Μέχρι πρόσφατα, η ενσωµάτωσή τους σε νανογαλακτώµατα απαιτούσε τη χρήση τοξικών αλκοολών ή πολυµερικών επιφανειοδραστικών, όµως το τελευταίο διάστηµα αναπτύχθηκαν νανογαλακτώµατα λεκιθίνης µη τοξικά για τον ανθρώπινο οργανισµό. Λιπόσωµα Η διπλή λιπιδική στιβάδα περικλείει έναν υδάτινο πυρήνα Νανο-γαλάκτωµα Η µονή στιβάδα λιπιδίων περικλείει έναν υγρό λιπιδικό πυρήνα Νανο-τεµαχίδιο λιπιδίων Η µονή στιβάδα λιπιδίων περικλείει έναν στερεό λιπιδικό πυρήνα Μέθοδοι µελέτης της διαδερµικής απορρόφησης Οι µέθοδοι µελέτης της διαδερµικής απορρόφησης των φαρµάκων χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, τις in vivo και in vitro µεθόδους. 57