L'osmosi, dal principio fisico alle applicazioni


    Separando due soluzioni a concentrazione diversa con una membrana semipermeabile, si assiste al passaggio delle molecole di solvente dalla soluzione a concentrazione piÙ bassa verso la soluzione a concentrazione maggiore: il passaggio avviene fintanto che le due soluzioni non raggiungono la stessa concentrazione.


    La membrana si comporta come un setaccio fatto da maglie molto piccole ma grandi abbastanza da permettere il passaggio delle molecole di solvente ma non di soluto che hanno dimensioni maggiori.

    Tale fenomeno chimico fisico È conosciuto come osmosi ed È spiegato attraverso le due equazioni di Fick: il passaggio di molecole diverse attraverso una membrana dipende dal diverso coefficiente di diffusione delle speci considerate.

    L'osmosi È un fenomeno facilmente osservabile: la membrana cellulare, i reni si comportano come membrane semipermeabili e funzionano grazie a fenomeni osmotici.

    L'industria sfrutta l'osmosi per la purificazione e la potabilizzazione delle acque oppure per aumentare la concentrazione di alcune soluzioni.

    Le membrane per osmosi sono prodotte e distribuite soprattutto da multinazionali americane e giapponesi e le più diffuse sono costituite da ferrocianuro ferrico su un supporto di ceramica porosa.

    Il cellophane comunemente usato per conservare i cibi in frigorifero È un ottimo esempio di membrana semipermeabile per osmosi e si può usare per osservare l'osmosi dell'alcool etilico in soluzione acquosa.


    Il cellophane viene patinato con nitrocellulosa per garantirne l'impermeabilità all'acqua:

    immergendolo per alcuni minuti in un solvente alla nitroglicerina si ottiene la membrana adatta per consentire l'osmosi dell'alcool.

    La porosità del cellophane, infatti, consente il passaggio delle molecole d'acqua ma non di alcool etilico che sono piÙ grosse e pertanto non riescono a passare tra i microfori del materiale sintetico.

    Sperimentalmente prendendo un grosso bicchiere di vetro pieno di alcool in soluzione acquosa, debolmente concentrata e immergendovi un imbuto di vetro a collo molto lungo, bloccato alla base con cellophane a tenuta e versando poi alcool più concentrato, si nota dopo un certo intervallo di tempo, un innalzamento del livello di alcool etilico contenuto nel tubo a forma di imbuto.

    Il cellophane, in pratica, ha consentito alle molecole di acqua contenute nella soluzione alcoolica meno concentrata di passare alla soluzione più concentrata di alcool etilico.

    Il fenomeno continua fintanto che c'È la spinta della pressione osmotica: il valore di questo parametro È fornito dall'equazione di Vant'Hoff: formalmente analoga alla equazione di stato dei gas P V = nR*T, in cui P e’ la pressione assoluta del gas contenuto in un recipiente a tenuta, V e’ il volume occupato dal gas, R e’ la costante dei gas, T è la temperatura assoluta e n indica il numero di moli.


    L’equazione di Van’t Hoff
    e’ la seguente:

    Π V = c R*T dove Π e’ la pressione osmotica, V e’ il volume della soluzione, c'É la concentrazione della soluzione, R la costante dei gas, T É la temperatura assoluta a cui si trova la soluzione.


    Il fenomeno dell'osmosi è reversibile: esercitando dal lato della soluzione più concentrata una pressione maggiore della pressione osmotica, si consente alle molecole del solvente di passare verso la soluzione meno concentrata.

     

    Per l'osmosi inversa è necessario fornire dall'esterno mediante una pompa la pressione necessaria a controbilanciare la pressione osmotica.

    L’osmosi inversa viene utilizzata anche nei processi di purificazione o dissalazione delle acque oppure per la concentrazione a freddo di soluzioni acquose, ma non solo infatti l'osmosi inversa è sfruttata anche in campo farmaceutico.

     

    Quando si è scoperta una molecola farmacologicamente attiva, la tappa successiva è inglobare il principio attivo in un’adeguata forma farmaceutica: idealmente la forma farmaceutica dovrebbe essere in grado di cedere il farmaco al sito d’azione nella quantità e nel tempo necessario alle esigenze terapeutiche.

     

    L’ottenimento della formulazione più corretta consente di controllare la cessione del farmaco al sito d’azione e ottimizzare, quindi, la risposta terapeutica.

     

    Si definiscono forme farmaceutiche convenzionali quelle nelle quali il rilascio del principio attivo dipende soprattutto dalle caratteristiche chimico fisiche del principio attivo, mentre le forme farmaceutiche non convenzionali sono quelle nelle quali il rilascio del principio attivo dipende dalle caratteristiche tecnologiche della formulazione.

     

    Fra le forme farmaceutiche non convenzionali si distingue fra quelle a rilascio modificato, capaci di modificare la velocità e/o il tempo e/o il luogo del rilascio del principio attivo per perseguire scopi terapeutici non raggiungibili con le forme farmaceutiche convenzionali somministrate attraverso la medesima via di somministrazione, e forme farmaceutiche a rilascio controllato.

     

    Con quest’ultima accezione si intendono forme farmaceutiche a rilascio lento, accelerato, prolungato, ritardato, protratto, graduale, continuato, costante, pulsante, programmato, sostenuto tutte definizioni che indicano una particolare modalità o cessione del farmaco.

    Le forme farmaceutiche a rilascio modificato sono somministrate per lo più per via orale sfruttando sistemi di rilascio che si avvalgono di fenomeni quali la diffusione, la dissoluzione, l’erosione, lo scambio ionico e l’osmosi.

     

    Già nel 1974 Theeuwes ha descritto i sistemi osmotici che si possono schematizzare nel modo seguente:


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    Immagine - schema di un sistema osmotico


    il nucleo è formato dal farmaco osmoticamente attivo, il rivestimento è costituito da una membrana rigida semipermeabile,  fatta solitamente di alcool polivinilico, acetato di cellulosa o cloruro di polivinile, dotata un piccolo orifizio deputato alla cessione del farmaco; perché il farmaco venga rilasciato attraverso quest’apertura È necessario fornire energia al sistema.

    Se si immagina questo modello come la sezione trasversale di una compressa È facile intuire come quando la compressa entra in contatto con i liquidi acquosi, si crea una differenza di concentrazione fra interno ed esterno compressa: questo fenomeno induce un flusso d’acqua verso l’interno.

    La portata del flusso dipende dalla permeabilità, dall’area e dallo spessore di membrana.

    All’interno della compressa si genera una pressione osmotica che provoca la fuoriuscita del farmaco dal serbatoio attraverso l’apertura: per ogni intervallo di tempo, la quantità di farmaco che fuoriesce dall’orifizio dipende dal volume di acqua in entrata e dalla concentrazione del farmaco in soluzione nel serbatoio.

    I sistemi osmotici sono poco diffusi perché hanno un costo elevato e richiedono un accurato controllo qualità.

    Bibliografia

    P. Colombo, P.L. Catellani, A. Gazzanica, E.Menegatti, E. Vidale. Principi di tecnologie farmaceutiche. Casa Editrice Ambrosiana.

    M. Amorosa. Principi di tecnica farmaceutica. Libreria universitaria L. Tinarelli. Bologna.



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