BLENDAS sIPN POLIHEMA-POLI(ESTIRENO SULFONATO DE SÓDIO) PARA USO NA TERAPIA DE PACIENTES COM HIPERPOTASSEMIA.
Fabiana de Mattos Salvador & Sônia Maria Malmonge Laboratório de Engenharia Biomecânica/DEMA/FEM
Universidade Estadual de Campinas
Caixa Postal 6122, CEP 13083-970, Campinas, SP
Fabiana_mattos@hotmail.com; malmonge@fem.unicamp.br
ABSTRACT
This work describes a study that aim to evaluate the performance of polyelectrolyte hydrogels for using in the therapy of hyperkalemia. This is a disturbe in [K+] in plasma that happen in consequence of renal failure. The therapy frequently used is the administration of drugs that is able to behave such as an ionic change resin, replacing K+ ion by Na+. There are some drugs nowadays being used in this situation which are very expensible and sometimes impracticable to be used in the brazilian public healthy systems. The study was started with poly(2 hydroxy ethyl methacrylate-co-acrylic acid) hydrogels that did not presented an adequated perform to be used in the proposed appliication. In a second step of the study it was determined the performance of poly(sodium styrene sulfonate) hydrogels that were obtained from polystyrene sulfonation. The obtained samples presented a performance for the change K+/Na+ in a potassium aqueous solution (6 mMol/L) similar to that one presented by the commercialy avaiable drug named Sorcal.
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo para avaliar a potencialidade de aplicação de hidrogéis polieletrólitos capazes de atuarem como resinas de troca iônica na terapia de pacientes com hiperpotassemia, distúrbio onde ocorre um aumento da concentração de potássio (K+) no plasma sanguíneo. O estudo abrangeu a síntese, caracterização e avaliação da potencialidade de diferentes hidrogéis polieletrólitos para tal utilização. O trabalho foi iniciado com hidrogéis obtidos a partir de metacrilato 2-hidroxietila (HEMA) e ácido acrílico
(AA). Foi verificado que a presença do ácido acrílico na composição dos hidrogéis aumenta sua capacidade de inchamento em solução salina e quanto maior a concentração de AA no hidrogel, maior a densidade de carga negativa fixa e, consequentemente, maior a capacidade de troca iônica Na+/K+. Porém mesmo para elevadas concentrações de AA na estrutura do hidrogel, sua eficiência de troca Na+/K+ não é adequada para a aplicação em questão. Assim sendo, foram sintetizados e avaliados hidrogel de poli(estireno sulfonato de sódio) PSSNa e blendas sIPN de poliHEMA e poli(estireno sulfonato de sódio), os quais apresentaram eficiência de troca Na+/K+ semelhante a apresentada pela resina Sorcal, uma droga utilizada na terapia de pacientes com hiperpotassemia.
PALAVRAS-CHAVE: biomaterial, hiperpotassemia, hidrogel,troca iônica
INTRODUÇÃO
Hiperpotassemia é uma doença da qual sofrem pacientes com insuficiência renal crônica ou aguda, o que leva a um aumento da concentração de potássio (K+) no plasma sangüíneo. Um tratamento normalmente utilizado nestes casos é a administração de drogas a base de resinas de troca iônica que sejam capazes de trocar íons sódio por íons potássio e possam ser eliminadas pelo organismo sem causar efeitos danosos. A resina é ingerida e quando passa pelo intestino ou quando retida no colo, os íons sódio são parcialmente liberados sendo substituídos na estrutura da resina por íons potássio1-4.
O nível de potássio no organismo humano é controlado pelo rim, sendo que a maior parte do potássio ingerido é excretado através da urina e do trato gastro intestinal. Assim, em caso de excreção renal inadequada, devido a doenças renais crônicas ou agudas, ocorre um aumento da concentração de potássio no plasma sanguíneo, o que acarreta excitabilidade cardíaca. Trata-se de uma situação denominada hiperpotassemia, isto é, uma situação fisiológica em que o nível de potássio (K+) no plasma sanguíneo encontra-se acima do nível considerado normal para medidas de laboratório (3,5 mEq/dl).
Resinas de troca iônica podem ser usadas para remover o excesso de potássio do organismo. Estas podem ser administradas oral ou retalmente e vão atuar no trato gastro intestinal, trocando íons K+ por Na+ ou Ca+ e sendo em seguida eliminadas.
Desta forma, para ser utilizada com tal finalidade, uma resina de troca iônica deve ser capaz de atuar eficientemente retirando K+ presente no meio, ser de fácil eliminação pelas vias normais do organismo e não causar efeitos adversos ao organismo.
Acreditamos que hidrogéis polieletrólitos possam ser empregados nestas situações. Os hidrogéis poliméricos são constituídos por homopolímeros ou copolímeros hidrofílicos cujas cadeias poliméricas são covalentemente ligadas, formando assim uma rede macromolecular que é capaz de absorver elevada quantidade de água sem se dissolver5. Podem ser obtidos através de diferentes métodos, sendo o mais comum a síntese através da polimerização de monômeros vinílicos ou acrílicos em presença de um agente de reticulação. O polímero resultante exibe características de estado sólido devido a rede formada e característica de estado líquido uma vez que possui grande quantidade de água absorvida e por isso apresentam elevada permeabilidade a soluções aquosas, o que acreditamos resultar no aumento da eficiência de troca iônica no caso de um hidrogel formado a partir de uma estrutura macromolecular com grupamentos ativos para a troca K+/Na+.
Figura 1- Esquema representando a remoção de excesso de K+ no plasma sanguíneo utilizando resina de troca iônica.
Aproveitando a experiência adquirida ao longo dos últimos anos na síntese e caracterização de diferentes hidrogéis para utilização como biomateriais7-9 este trabalho apresenta um estudo que visa avaliar a potencialidade de utilização de hidrogéis polieletrólitos na terapia de pacientes com hipepotassemia.
(poliHEMA), copolimerizado com ácido acrílico (AA), os quais não apresentaram eficiência adequada para a aplicação em questão10. Assim sendo, o estudo teve continuidade com hidrogéis de poli(estireno sulfonato de sódio), obtidos a partir da sulfonação de poliestireno, cujos resultados são apresentados e discutidos neste trabalho.
MATERIAIS E MÉTODOS
Foram obtidas amostras de ácido poli(estireno sulfônico) (PSSOH), através da sulfonação de poliestireno (PS) (poliestireno amorfo - PS cristal 688 D, cedida pela Distribuidora Plásticos Rutino – SP), segundo procedimento descrito por Martins, De Paoli & Ruggeri (2000)11 e Kucera & Jancar (1996)12.
Figura 2 - esquema ilustrando a reação de sulfonação do PS.
Amostras de PSSOH foram submetidas a titulometria para o cálculo do grau de sulfonação e a seguir colocadas em solução de NaCl para ionização e troca do hidrogênio H+ do grupo sulfônico do anel benzeno por sódio Na+. Para tanto as amostras foram deixadas em solução de NaCl 1M onde era adicionada uma solução de NaOH 1M até pH constante, o que indicou que toda a substituição possível dos íons H+ por íons Na+ acontecera.
Após a estabilização do poli(estireno sulfonato de sódio) as amostras foram secas em estufa e trituradas.
Para a síntese de blendas sIPN de poliHEMA-PSSOH, quantidade pré determinada de PSSOH foi dissolvida em acetona e a seguir adicionada ao monômero HEMA, aente de reticulação TMPMMA (1,0% p/p) e peróxido de benzoíla (0,5% p/p). Foi utilizada quantidade de PSSOH suficiente para que sua concentração na blenda fosse 10,0% p/p. A
seguir a solução era vertida em molde de vidro e levada a polimerização térmica (T=70-80 o
C / 2 horas). A seguir a amostra era lavada para remoção do monômero e iniciador residual, seca e triturada.
A morfologia da blenda resultante foi verificada através de MEV, utilizando um equipamento MEV JEOL JXA 860A, após recobrimento com ouro usando um equipamento Sputer Coater BAL-TEC SCD.
Amostras de PSSOH e da blenda pHEMA-PSSOH na forma de partículas foram colocadas em solução de NaCl 3.0 Mol/L para a ionização do grupamento OH- e troca do H+ pelo Na+, resultando em PSSO-Na+ e pHEMA-PSSO-Na+ . A seguir foram testadas quanto a capacidade de troca Iônia Na+ / K+, em solução de KCl 6mMol/L
A resina comercial Sorcal foi testada nas mesmas condições das amostras para comparação da eficiência. A eficiência de troca Na+ / K+ foi verificada através do decaimento da concentração de K+ em solução aquosa, na presença da amostra em teste. A concentração de K+ em solução aquosa foi determinada por fotometria de chama utilizando um espectômetro de chama, marca Perkin Elmer e modelo absorção atômica 3110. O comprimento de onda utilizado foi de 744.5 nm.
Balão contendo meio litro de solução KCl a 6 mMol/L e 4.5g da amostra fora mantido sob agitação constante à temperatura ambiente durante uma hora e trinta minutos, enquanto eram retiradas amostras de 5 mL a cada dez minutos na primeira meia hora e depois a cada quinze minutos. Ao todo foram vinte e quatro amostras, filtradas após a coleta e reservadas em recipientes plásticos para posterior análise por fotometria de chama.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O método utilizado para a síntese do poliestireno sulfonato mostrou-se eficiente, tendo sido possível a obtenção de amostras com graus de substituição de 38% e 40%, embora com baixo rendimento de produto.
Pela elevada capacidade de inchamento apresentada (I1=95.226% e I2 =97.11% ) as resinas podem ser classificadas como um hidrogel, uma vez que são capazes de absorver elevada quantidade de água sem se dissolver. Acreditamos que a elevada capacidade de inchamento do material facilita a absorção da solução aquosa e consequentemente a troca iônica.
A blenda pHEMA-PSSOH apresentou morfologia típica de material amorfo, sem a distinção de fases para os diferentes componentes (Figura 3).
Quanto a eficiência de troca Na+ / K+, os hidrogéis de poli(estireno sulfonato de sódio) (PSSNa) e a blenda PHEMA-PSSNa apresentaram eficiência semelhante a resina sorcal que é uma droga utilizada na terapia de pacientes com hiperpotassemia. As figuras 4 e 5 apresentam curvas de concentração de íons potássio em solução ao longo do tempo de contato entre a solução e as amostras em estudo.
(a) (b)
Figura 3 - Fotmicrografia da blenda poli(metacrilato de 2 hidróxi etila) - poli(estireno sulfonico) (pHEMA-PSSOH).
Tanto para a resina sorcal quanto para as amostras de PSSNa e blenda PHEMA-PSSNa obtidas neste trabalho observa-se um rápido decaimento da concentração de potássio nos primeiros dez minutos e após esse intervalo não há mudanças significativas na concentração tendo se estabelecido o equilíbrio.
Portanto, este estudo mostra que é possível a obtenção de um produto nacional tão eficiente quanto ao produto já existente no mercado. Por tratar-se de um produto obtido a partir de materia prima disponível no mercado nacional, o mesmo pode apresentar vantagens quanto ao custo e disponibilidade.
0 20 40 60 80 100 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 sorcal PSSNaGS45 PSSNaGS38 Concent ra ção de KCl ( m M o l/ L) tempo (min)
Figura 4 - Curva da concentração de potássio (mMol/L) ao longo do tempo (min) de contato entre a resina de PSSNa e a solução aquosa.
0 20 40 60 80 100 5 6 7 8 9 10 11 12 poliHEMA-PSSNa Concent ra ção de KCl ( m M o l/ l) tempo (min)
Figura 5 - Curva da concentração de potássio (mMol/L) ao longo do tempo (min) de contato entre a blenda PHEMA-PSSNa e a solução aquosa.
Assim sendo, em continuidade ao estudo serão realizados testes para determinar a citotoxicidade (in vitro) e biocompatibilidade (in vivo) do PSSNa e blenda PHEMA-PSSNa. Uma vez constatado a biocompatibilidade dos produtos, serão preparados hidrogéis blenda sIPN poliHEMA-PSSNa, com diferentes concentrações para que possa ser analisado a relação entre eficiência e custo do produto.
AGRADECIMENTOS
Ao PIBIC/CNPq e FINEP/PRONEX pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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10. Kucera, F. & Jancar J., Preliminary study of sulfonation of polystyrene by homogeneous and heterogeneous reaction, Chem. Papers 50 (4) 224-227, 1996.
11. Martins, C.R., de Paoli, M.A. & Ruggeri, G., Síntese do poliestireno sulfonado em escala piloto, 23a Reunião Anual Sociedade Brasileira de Química, Livro Resumo/vol 1, p.QM-081, 05/2000.
