EFEITO DE MATERIAIS POLIMÉRICOS NO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE EMULSÕES PARA APLICAÇÃO DÉRMICA.

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1 EFEITO DE MATERIAIS POLIMÉRICOS NO COMPORTAMENTO REOLÓGICO DE EMULSÕES PARA APLICAÇÃO DÉRMICA. J. S. Sperotto 1,2 *, C. Magnanii 2, V. H. V. Sarmento 3, R. C. Evangelista 1, M. A. Corrêa 2. 1 Laboratório de Tecnologia Farmacêutica / Sistemas de Liberação de Fármacos, Faculdade de Ciências Farmacêuticas UNESP/ Araraquara. Rodovia Araraquara/Jau Km 1 Araraquara - CEP: Laboratório de Cosmetologia, - LACOS, Faculdade de Ciências Farmacêuticas UNESP/Araraquara. 3 Grupo de Físico-Química de Materiais, Instituto de Química - UNESP/Araraquara. * joceanass@yahoo.com.br RESUMO O desafio principal para formulações dérmicas é manter a estabilidade e as características físico-químicas do produto, além de prover aumento suficiente na penetração e liberação de fármacos sem induzir alterações irreversíveis na derme. A reologia, tema de crescente importância para as indústrias cosmética e farmacêutica, apresenta-se como ferramenta significativa para avaliar a consistência e o espalhamento das formulações, podendo-se reproduzir a cada lote, assegurando as características técnicas do produto acabado. O objetivo deste trabalho é caracterizar emulsões estáveis para aplicação dérmica através do estudo do comportamento reológico. Avaliou-se o efeito de materiais poliméricos (polímero carboxivinílco ) com goma xantana), além da cera autoemulsionante não iônica C Ácid Peg-8 Éster (Xalifin ), álcoois cetoestearílico e cetoestearílico etoxilado (Cosmowax ), PPG-5-Ceteth-20 (Procetyl AWS ) nas propriedades reológicas das emulsões. A adição de polímero com goma xantana promoveu maior estruturação do sistema com maior viscosidade, plasticidade e tixotropia caracterizando formulações com maior estabilidade. Palavras chave: emulsões, reologia, caracterização físico-química, 10235

2 1.INTRODUÇÃO O desafio principal para formulações de aplicação dermatológica atuais, é prover um aumento suficiente da penetração e liberação de fármacos e princípios ativos na pele, sem induzir alterações irreversíveis significantes no tecido cutâneo (CORRÊA et al., 2005). Dentre as preparações semi-sólidas, os sistemas emulsificados são amplamente utilizados em formulações destinadas a serem aplicados na pele, pois são muitas as vantagens que oferecem sob o ponto de vista farmacêutico (GENARO, 2000). Emulsões tendem a ser mais aceitáveis pelo paciente, pois são de fácil aplicação e espalhamento na pele e causam efeito refrescante (SMITH, et al., 2000; FONSECA, 2007). Emulsões são sistemas homogêneos constituídos por uma mistura íntima de dois líquidos imiscíveis, constituindo uma parte aquosa ou hidrofílica e outra parte oleosa ou lipofílica, sendo que uma das partes está dispersa na outra em forma de gotículas, tornando-se homogêneas pela adição de substâncias tensoativas que emulsificam o sistema, tais como PPG-5-Ceteth-20 (Procetyl AWS ) (LEONARDI 2004; SILVA e SOARES 1996). As ceras auto-emulsificantes, como C Ácid Peg-8 Éster (Xalifin ) e álcool cetoestearílico e cetoestearílico etoxilado (Cosmowax ) são misturas de material graxo com tensoativos, cuja principal vantagem é o preparo de emulsões estáveis de forma rápida e sem a necessidade de equipamentos sofisticados. Estes materiais devem sua denominação à aparência cerosa que possuem e a sua existência ao fenômeno de que uma mistura de tensoativo com um material insolúvel em água, porém anfipático, tal como os álcoois graxos, podem formar uma película monomolecular mista na interface óleo/água, conferindo estabilidade às emulsões. Outro constituinte comum de emulsões são os polímeros, que quando dispersos em meio aquoso assumem conformação doadora de viscosidade à preparação (MAIA CAMPOS et al, 1999). Dentre os polímeros mais utilizados, temse destacado os ácidos carboxivinílicos (Carbopois ). A reologia, tema de crescente importância para as indústrias cosmética e farmacêutica, apresenta-se como ferramenta significativa para avaliar a consistência e o espalhamento das formulações, podendo-se reproduzir a cada lote, assegurando as características técnicas do produto acabado. Nos estudos de reologia existem os sistemas denominados Newtonianos e os não-newtonianos. As formulações que possuem partículas assimétricas, como a maioria dos produtos cosméticos e farmacêuticos, apresentam fluxos não 10236

3 Newtonianos, que normalmente é representado por 3 tipos de curvas: plástica, pseudoplástica e dilatante (ANSEL, 2000). Para as formulações dermocosméticas, o fluxo pseudoplástico é o mais comum. Esses materiais têm sua viscosidade aparente diminuida gradualmente, à medida que aumenta a tensão de cisalhamento, e portanto sua viscosidade não pode ser expressa por um único valor (SCHOTT, 1995). As medidas reológicas podem fornecer a variação dos efeitos do gradiente de velocidade e da tensão de cisalhamento, fundamentais para obtenção de resultados desejáveis e consistentes durante os processos de desenvolvimento e fabricação (MINER, 1993). Portanto, é fundamental realizar estudos de estabilidade em formulações desse tipo e, embora os resultados não sejam absolutos, pode-se considerar o estudo do comportamento reológico das emulsões, como um procedimento preditivo de sucesso das formulações desenvolvidas. Os estudos de estabilidade de produtos cosméticos fornecem informações que indicam o grau de estabilidade relativa de um produto nas várias condições que possa estar sujeito desde sua fabricação até o témino de sua validade (ANVISA. 2004; GU et al., 2005). Os estudos de estabilidade têm como princípio básico a garantia da qualidade e manutenção das características do produto além da avaliação do seu desempenho, segurança e eficácia em determinado intervalo de tempo, frente a condições ambientais que será submetido segundo preconiza o Guia de Estabilidade de Estudos Produtos Cosméticos da Anvisa, Série Qualidade, volume 1 (2004) e Farmacopéia Brasileira IV ed.(1988). Assim, torna-se necessário seu estudo diante de tantas variáveis interferentes durante o processo de produção, armazenamento e consumo. O objetivo deste trabalho é desenvolver e caracterizar emulsões estáveis para aplicação dérmica através do estudo do comportamento reológico. Avaliou-se o efeito de materiais poliméricos (polímero carboxivinílco ) com goma xantana nas propriedades reológicas das emulsões. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. MANIPULAÇÃO DOS SISTEMAS EMULSIONADOS Foram desenvolvidas formulações do tipo emulsão conforme as seguintes composições propostas (Tabela 1), sendo os constituintes devidamente pesados em balança semi-analítica, conforme concentrações propostas nas fórmulas, em 10237

4 recipientes apropriados. As formulações do tipo emulsão foram preparadas por mistura direta, padronizada, de fase oleosa previamente pesada devidamente aquecida até 60 C-70 C, seguida pela adição da fase aquosa a C com agitação mecânica até completa homogeneização (PRISTA, 1996; CORREA, 1997). As emulsões adicionadas de polímero carboxivinílico e goma xantana foram preparadas com prévia neutralização do polímero com aminometilpropanol (AMP) até ph 6. Nas fases aquosas destas emulsões, os conservantes foram adicionados de propilenoglicol e da goma xantana. Esta mistura foi então solubilizada e para total hidratação da goma, a água foi adicionada aos poucos sob agitação lenta até total homogeneização, incorporando-se à fase oleosa. Tabela 1. Composição percentual das emulsões propostas. Componentes Formulações ( % em peso) F3 F4 F5 F6 F9 F10 Cera autoemulsionante não iônica (1) 8 (1a) 8 (1a) 6 (1b) 6 (1b) PPG-5-Ceteth-20 (2) 1 1 Agente incrementador de consistência (lipofílico) (3) Emoliente (4) Antioxidante (5) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Conservante (6) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Umectante (7) Polímero carboxivinílico 0,1-0,2 0,1-0,2 0,1-0,2 Goma xantana 0,1-0,2 0,1-0,2 0,1-0,2 Agente neutralizante (9) ** q.s.p. ph 6,0 ** ** ** * Será adicionada água, q.s.p. 100 g, a todas as formulações. 1a = C Ácid Peg-8 Éster; 1b= álcool cetoestearílico e álcool cetoestearílico etoxilado, 2 = PPG-5-Ceteth-20; 3 = álcool cetoestearílico; 4 = palmitato de isopropila; 5 = BHT; 6 = metil parabeno (0,18%) e propil parabeno (0,02%); 7 = propilenoglicol; 9 = amino metil propanol (AMP). 2.2 MEDIDAS REOLÓGICAS COMPORTAMENTO REOLÓGICO Os sistemas emulsionados foram analisados em reômetro Haake modelo Rheostress RS-1 utilizando o sensor do tipo cone-placa (C35/2 Ti) com 2 0 e 100 µm de distância entre o cone e a placa. Para análise dos dados o software Rheowin foi utilizado. A curva de fluxo foi realizada com taxa de cisalhamento de s -1 por um período de 120 segundos. Curvas ascendentes e descendentes foram obtidas à 10238

5 uma temperatura controlada de 25 C e as propriedades de fluxo das amostras e o caráter tixotrópico foram determinados. Avaliou-se o efeito de materiais poliméricos (polímero carboxivinílco com goma xantana), além da cera autoemulsionante não iônica C Ácid Peg-8 Éster (Xalifin ), álcoois cetoestearílico e cetoestearílico etoxilado (Cosmowax ), PPG-5- Ceteth-20 (Procetyl AWS ) nas propriedades reológicas das emulsões. As análises foram feitas em triplicata e os resultados permitiram obter informações estruturais sobre a estabilidade das amostras. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A reologia consiste no estudo do escoamento ou deformação do material em estudo quando submetido a uma tensão. O método é aplicável na caracterização de sistemas emulsionados, pois o comportamento do fluído está relacionado com o tipo, grau de organização do sistema e interações entre seus componentes. Também podem ser empregadas para checar a qualidade durante o processo de produção, além de permitir um estudo do efeito de aditivos na formulação e estabilidade. As propriedades reológicas desses sistemas foram avaliadas utilizando-se ensaios de escoamento em função do efeito da presença de polímero carboxivinílico e das ceras autoemulsionantes não- iônicas nas formulações EFEITO DA ADIÇÃO DO POLÍMERO CARBOXIVINÍLICO COM GOMA XANTANA A Figura 1 mostra a tensão de cisalhamento em função da taxa de cisalhamento das emulsões preparadas com 8% de Xalifin (F3 e F4), 6% de Cosmowax, (F5 e F6) e sem adição de cera autoemulsionante (F9 e F10) sem e com polímero carboxivinílico + goma xantana (curvas pretas e vermelhas, respectivamente). Como podemos observar, todas as curvas apresentam características de sistemas pseudoplásticos, independente da composição e da presença ou não do polímero na formulação. Este comportamento resulta do alinhamento das gotículas coloidais existentes no sistema, na direção do fluxo de escoamento. Conforme aumenta a tensão ou taxa de cisalhamento, esta preferência orientacional é acentuada, o que reduz a resistência interna do sistema, e a conseqüente redução da viscosidade. Como podemos observar, o grau de pseudoplasticidade á aumentada com a adição do polímero + goma, o que mostra a influência destes materiais nas propriedades reológicas das formulações. Estes 10239

6 resultados sugerem um aumento de conexões entre as gotículas, favorecido pela presença do polímero, o que dá a esta formulação uma viscoelasticidade característica. Outra característica importante apresentada é que todas as formulações também apresentam caráter tixotrópico. Os produtos com este caráter tendem a aumentar a vida de prateleira ( shelf-life ), pois durante o armazenamento, apresentam viscosidade constante, o que dificulta a separação dos constituintes da formulação. Além dessa vantagem, a obtenção de formulações de uso tópico com caráter tixotrópico é de fundamental importância, pois elas se deformam durante a aplicação, ou seja, tornando-se mais fluídas, o que facilita o espalhamento e a recuperação da viscosidade inicial no momento que se encerra a aplicação, o que evita que o produto escorra. Por outro lado, é interessante a obtenção de um valor de tixotropia não muito elevado para que o produto não escorra sobre a pele após aplicação devido a uma recuperação muito lenta da sua estrutura e também de um valor não muito baixo, pois isso pode acarretar em baixa espalhabilidade do produto não permitindo uma distribuição uniforme sobre a pele (referencia). 180 F4 140 F6 Tensão de cisalhamento (Pa) F3 Tensão de cisalhamento (Pa) F F10 Tensão de cisalhamento (Pa) F9 0 Figura 1. Tensão de cisalhamento em função da taxa de cisalhamento das emulsões preparadas com com 8% de Xalifin (F3 e F4), 6% de Cosmowax, (F5 e F6) e sem adição de cera autoemulsionante (F9 e F10) sem e com polímero carboxivinílico + goma xantana (curvas pretas e vermelhas, respectivamente)

7 Como explicado anteriormente, em sistemas que apresentam comportamento pseudoplástico, a viscosidade diminui sob a ação do cisalhamento. Isto é confirmado na Figura 2 que mostra esta diminuição da viscosidade com o aumento da taxa de cisalhamento para todas as formulações estudadas neste trabalho; as curvas pretas e vermelhas representam, respectivamente, as formulações sem e com polímero + goma. Podemos notar que a adição de polímero carboxivinílico + goma contribui significantemente no aumento da viscosidade, o que é confirmado quando comparamos as formulações em que ele está presente (F4, F6 e F10) com as outras (F3, F5 e F9) em que o polímero não foi adicionado. A F2 apresentou a maior viscosidade devido à contribuição do aumento da % de xalifin mais a adição do polímero, o que confirma a forte influência que estes componentes exercem sobre as propriedades reológicas das emulsões Viscosidade (Pa.s) F4 Viscosidade (Pa.s) F F F Viscosidade (Pa.s) F F9 Figura 2. Viscosidade em função da taxa de cisalhamento das emulsões preparadas com 8% de Xalifin (a), 6% de Cosmowax, (b) e sem adição de cera autoemulsionante (c) sem e com polímero carboxivinílico + goma xantana (curvas pretas e vermelhas, respectivamente 10241

8 3.2. EFEITO DA ADIÇÃO E NATUREZA DA CERA AUTOEMULSIONANTE Emulsões foram preparadas com ceras autoemulsionantes não iônicas Xalifin 8% (F3), Cosmowax 6% (F5) ou substituídas por Procetyl 1% (F9) e seus efeitos sobre as propriedades reológicas das formulações foram analisadas. A Figura 3 mostra a viscosidade em função da taxa de cisalhamento para estas formulações sem a adição de polímero. Podemos observar que os efeitos sobre a viscosidade não são significativos quando comparados com as emulsões preparadas com o polímero (Figura 2), principalmente para o Xalifin e o Procetyl, cuja curvas são praticamente sobrepostas. Estes resultados confirmam que as variações sobre as propriedades reológicas foram mais acentuadas quando o polímero + goma xantana foi adicionado às formulações Viscosidade (Pa.s) F3 F5 F Figura 3. Viscosidade em função da taxa de cisalhamento das emulsões preparadas com ceras autoemulsionantes não iônicas Xalifin 8% (F3), Cosmowax 6% (F5) ou substituídas por Procetyl 1% (F9) 4. CONCLUSÕES Foram realizados ensaios de escoamento para avaliar as propriedades reológicas de sistemas emulsionados que poderão ser utilizados para veiculação de ativos cosméticos e fármacos para aplicação tópica. Foram estudados os efeitos da adição de polímero carboxivinílico e o efeito da adição e natureza de cera autoemulsionante não iônica. A adição do polímero carboxivinílico + goma xantana promoveu o aumento da viscosidade além do grau de pseudoplasticidade das emulsões. O mesmo efeito não foi observado quando comparamos as ceras autoemulsificantes ou quando elas são substituídas pelo Procetyl, pois a viscosidade não variou significantemente

9 Agradecimentos: CNPq e CAPES pelo apoio financeiro 5.REFERENCIAS ANSEL, H.C.; POPOVICH, N.G.; ALLEN Jr.; L.V. Farmacotécnica. Formas Farmacêuticas e Sistemas de Liberação de Fármacos. Tradução da 6. Ed. Em Inglês de Oppido. T.; Oliveira. E. G.; Benedetti. 1. C. São Paulo: Premier BRASIL. Ministério da Saúde. Agência nacional de vigilância sanitária ANVISA. Guia de estabilidade de produtos cosméticos. Série qualidade 1, Disponível em Site visitado em 15 de novembro, CORREA, M. A. Incorporação de naproxeno em sistema microemulsionado: liberação in vitro e avaliação biológica. [Tese de Doutorado. Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo]. São Paulo, p. CORREA, M. A.; SCARPA, M. V.; FRANZINI, M. C.; OLIVEIRA, A. G. On the incorporation of the nonsteroidal anti-inflammatory naproxen into cationic O/W microemulsions. Colloids Surfaces, v.43, p , CORRÊA, N.F., CAMARGO JR, F. B., IGNÁCIO, R. F., LEONARDI, G. R. Avaliação do comportamento reológico de diferentes géis hidrofílicos. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, v. 41, n. 1, p.73-78, 2005 FARMACOPEIA Brasileira. 4. ed. Sao Paulo: Atheneo, pte. 1. FONSECA, Y. M. Desenvolvimento de formulações tópicas contendo extrato de própolis verde: estudos de estabilidade, liberação, permeação e retenção cutânea. [Tese de doutorado. Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Universidade de São Paulo]. Ribeirão Preto, GARCIA, C. R. O Farmacêutico e a Proteção Solar. Infarma, v. 13, n 11/12:2001. GENNARO, A. R. Remington the science and practice of pharmacy. 20th ed. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, GU, Y.A. S.; REGNIER, L.; McCLEMENTS, J. Influence of environmental stresses on stability of oil-in-water emulsions containing droplets stabilized by β-lactoglobulin-lcarregeenan. J. Coll. Interf. Sci., v.286, p , LEONARDI, G. R. Cosmetologia Aplicada. São Paulo, Medfarma, p. MINER, P. E. Emulsion Rheology Creams and Lotions. In: LABA D. Rheological Propereties of Cosmetics and Toiletries. New York, Marcel Dekker, cap. 9, p PRISTA, L. N.; Alves A. C.; Morgado, R. Técnica Farmacêutica e Farmácia Galênica. 4. Ed. Lisboa: Calouste Gulbenkian, Vol 2 e

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11 ABSTRACT EFFECT OF POLYMERIC MATERIALS ON THE RHEOLOGICAL BEHAVIOR OF EMULSIFIED SYSTEMS INTENDED TO DERMAL ADMINISTRATION The main challenge for topical formulations is to provide enough drug penetration and release into the skin without inducing irreversible alterations on dermis, as well as to keep constant the technical product s characteristics. Rheology has been theme of crescent importance for the pharmaceutical and cosmetics industries, since each and all charges of a product may maintain the same good quality represented by its consistency and spreadbility. This work evaluated the effect of carboxyvinyl polymer with xantan gum, C Ácid Peg-8 Éster (Xalifin ) non ionic autoemulsifying wax, cetostearyl and etoxilated cetostearyl (Cosmowax ) alcohols on the rheological properties of emulsified systems.the addition of both polymer and xantan gum promoted greater viscosity and pseudoplasticity of the systems. KEYWORDS: emulsions, rheology, physical-chemistry characterization 10245