MEDICINĂ INTERNĂ

Caracterizarea reologică şi evaluarea fizică a unui unguent cu extract alcoolic de turmeric şi ghimbir

 Rheological characterization and physical evaluation of an ointment with alcoholic extract of turmeric and ginger

First published: 22 noiembrie 2022

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

DOI: 10.26416/PV.38.4.2022.7276

Abstract

The aim of the study was to make an ointment containing alcoholic extracts of turmeric and ginger analysed, according to the technique of making ointments from FR X, followed by its physical evaluation and rheological characterization.
 

Keywords
ointment, rheological, turmeric, ginger

Rezumat

Scopul studiului a fost realizarea unui unguent care conţine extracte alcoolice de turmeric şi ghimbir analizate, conform tehnicii de realizare a unguentelor din FR X, urmat de evaluarea fizică şi caracterizarea reologică a acestuia.
 

Bazele tipice de unguent cuprind vaselină şi ulei mineral sau combinaţii de vaselină şi ceară/alcool gras, raportul şi gradele acestor componente fiind selectate pentru a da produsului finit viscozitatea/capacitatea de întindere dorită.

Alegerea unei baze de unguent depinde de mulţi factori, cum ar fi acţiunea dorită, natura medicamentului care trebuie încorporat şi biodisponibilitatea şi stabilitatea acestuia, precum şi durata de valabilitate necesară a produsului finit. În unele cazuri, este necesară utilizarea unei baze mai puţin decât ideale pentru a obţine stabilitatea necesară. Medicamentele care se hidrolizează rapid, de exemplu, sunt mai stabile în bazele hidrocarburice decât în bazele care conţin apă, deşi pot fi mai eficiente în bazele care conţin apă.

Unguentele sunt preparate vâscoase, onctuoase, semisolide, care conţin ingrediente funcţionale fie dizolvate, fie în suspensie. Baza de unguent trebuie încălzită peste temperatura de topire înainte de adăugarea celorlalte ingrediente. Vitezele scăzute de forfecare sau de amestecare sunt utilizate în mod obişnuit când baza de unguent sau formula finală este rece/groasă. Vitezele de amestecare şi forfecarea pot fi mărite când baza de unguent este lichidă, pentru a dispersa uniform ingredientul funcţional.

Materiale şi metodă

Obiectivele studiului

  • realizarea unguentului cu extractele alcoolice de turmeric şi ghimbir

  • evaluarea fizică şi caracterizarea reologică a ­unguentului

Prepararea unguentului

Prepararea unguentului s-a realizat în Laboratorul de Farmacie al FMV Timişoara. Ca bază s-a ales un unguent de gălbenelele cu compoziţia: petroleatum, extract de Calendula officinalis flos, linalool, limonen, betacaroten de la farmacia naturistă (S.C. Transvital Cosmetics S.R.L.). Pentru realizarea unguentului cu gălbenele-ghimbir-turmeric (GGT) s-a folosit ca bază 250 ml unguent de gălbenele (Transvital), care a fost topit pe baia de apă. După topire, s-au încorporat treptat câte 20 ml de extract alcoolic de ghimbir 10%, respectiv turmeric 10% (figura 1). După omogenizare unguentul obţinut s-a transferat în recipiente sterile cu capacitatea de 50 ml până la utilizare (figura 2).

Evaluarea fizică a unguentului

Evaluarea fizică a unguentului s-a realizat în cadrul Laboratorului de Farmacie al FMV Timişoara.

Caracteristici organoleptice

Unguentul a fost testat pentru aspectul fizic, culoarea, textura, separarea fazelor şi omogenitate. Aceste caracteristici au fost evaluate prin observaţie vizuală. Omogenitatea şi textura au fost testate prin apăsarea unei cantităţi mici de cremă formulată între degetul mare şi arătător. Consistenţa formulărilor şi prezenţa particulelor grosiere au fost utilizate pentru a evalua textura şi omogenitatea formulărilor. A fost, de asemenea, evaluată senzaţia imediată a pielii (inclusiv rigiditate, slăbiciune şi uns).

Figura 1. Etapele realizării unguentului cu gălbenele, ghimbir şi turmeric
Figura 1. Etapele realizării unguentului cu gălbenele, ghimbir şi turmeric
Figura 2. Etapele realizării unguentului cu gălbenele, ghimbir şi turmeric
Figura 2. Etapele realizării unguentului cu gălbenele, ghimbir şi turmeric

Determinarea pH-ului

Determinarea s-a făcut cu ajutorul pH-metrului Consort Multi-analyser.

Aparatul a fost calibrat înainte cu ajutorul a două soluţii standard, între care se spală senzorul cu apă distilată. După calibrare s-au efectuat măsurătorile propriu-zise. Pentru determinare se utilizează electrodul de sticlă care se imersează în probă, apoi se scoate şi se spală, după care se imersează din nou şi se citeşte valoarea.

Prepararea soluţiilor pentru determinarea pH s-a făcut prin amestecarea unei cantităţi de unguent în apă distilată pentru realizarea unei concentraţii de 10% (m/V). Determinarea pH-ului s-a făcut în triplicat, s-a luat în considerare media probelor. Prima determinare s-a efectuat în ziua preparării unguentului, apoi s-a făcut câte o determinare săptămânal timp de nouă săptămâni, în total efectuându-se 10 determinări a câte trei probe.

Caracterizarea reologică a unguentului

Testele de reologice au fost efectuate la Facultatea de Farmacie a UMF „Victor Babeş” din Timişoara. Ca probă-martor s-a utilizat unguentul de gălbenele Transvital simplu, fără adaos de extracte alcoolice, şi s-a notat ca Proba 1 (P1), proba de analizat a conţinut extractele alcoolice de turmeric şi ghimbir şi a fost notată ca preparat experimental (GGT).

Testul de curgere în stare staţionară

Toate determinările au fost efectuate în triplicat. Caracterele reologice ale preparatelor (comportament reologic şi viscozitate) au fost determinate prin testul viscozimetric (în stare staţionară), folosind un reometru cu control al tensiunii (RheoStress 1, HAAKE, Franţa), la temperatura camerei (23 ºC). S-a utilizat o geometrie placă-placă (PP60/1 Ti, diametru 60 mm), care a operat în modulul de rotaţie, cu o deschidere de 1 mm. Asupra probelor s-a acţionat cu viteze de forfecare în domeniul 0,100-100,0 1/s în ciclu ascendent şi descendent (pentru evaluarea tixotropiei), câte 120 s. Rezultatele au fost prezentate ca reograme (curbe de curgere, tensiunea de forfecare în funcţie de viteza de forfecare) şi curbe de viscozitate (viscozitatea în funcţie de viteza de forfecare).

Programul HAAKE RheoWin Data Manager 4 versiunea 4.3 a fost utilizat pentru analiza şi procesarea datelor de viscozitate, prin filtarea cu două modele reologice frecvent folosite, şi anume: Ostwald de Waele (ecuaţia 1) şi Herschel-Bulkley (ecuaţia 2).

            η=κ·γ(n-1)         (1)

            η=τ0/γ+κ·γ(n-1) (2)

În care: τ = tensiunea de forfecare (Pa), κ = indicele de consistenţă, γ = viteza de forfecare; n = indicele de curgere; η = viscozitatea şi τ0 = punctul de curgere (Pa). Pentru 0<n<1, sistemul prezintă un comportament pseudoplastic (subţiere la forfecare); cu cât valoarea lui n este mai mică, cu atât sistemul este mai pseudoplastic.

Determinarea consistenţei

Consistenţa preparatelor semisolide experimentale a fost măsurată prin metoda penetrometrică oficială. Determinările au fost efectuate la 25 ± 0,5°C, conform protocolului de lucru şi în condiţiile prevăzute de farmacopee, folosind un penetrometru PNR 12, Petrolab, Germania (figura 3), dotat cu un microcon şi un recipient adecvat.

Rezultatele, exprimate prin gradul de penetrare (în milimetri), au evidenţiat consistenţa probelor: valori mari ale gradului de penetrare indică o consistenţă scăzută.

Determinarea capacităţii de întindere

Capacitatea de etalare a preparatelor experimentale a fost evaluată prin metoda plăcii paralele, folosind extensiometrul Pozo Ojeda-SuneArbussa. A fost aplicată tehnica de lucru descrisă în literatură: 1 g probă a fost plasată în centrul unei plăci de sticlă (11×11 cm), peste care s-a aplicat a doua placă de sticlă cu aceleaşi dimensiuni; după 1 minut, a fost măsurat diametrul suprafeţei de întindere, apoi s-a calculat aria suprafeţei respective. În continuare, pe placa superioară au fost aplicate la interval de câte 1 min greutăţi standardizate (50, 100, 200, 250, 500 şi 750 g), măsurându-se diametrele suprafeţelor rezultate. Fiecare experiment a fost efectuat în triplicat la 25°C. Valorile medii ale ariilor suprafeţelor (media ±SD) au fost reprezentate grafic în funcţie de greutatea aplicată.

Rezultate şi discuţie

Caracteristicile organoleptice ale unguentului formulat sunt prezentate în tabelul 1. Valorile medii ale pH-ului sunt prezentate în tabelul 2.

Conform Fox şi colab., pH-ul mediu al pielii ugerului este de 7,18 (±0,64) pentru vacile dezinfectate post mulgere şi 7,53 (±0,46) pentru cele cărora nu li s-a aplicat nimic.

La cai, pielea are o reacţie alcalină cu pH cuprins între 7,2 şi 7,5 în funcţie de regiunea corporală, iar la armăsari poate să ajungă până la 8,0. Poate varia în funcţie de regiunea corporală: 7,27 (±0,53) regiunea gâtului, 7, 94 (±1,12) regiunea buzelor, 7,56 (±1,45) urechi, 7,09 (±0,71) regiunea spetelor, 7 (±0,68) regiunea toracală/piept.

Figura 3. Penetrometru (PNR 12, Petrolab)
Figura 3. Penetrometru (PNR 12, Petrolab)

Testul de curgere în stare staţionară a unguentului GGT

Valorile obţinute sunt prezentate în tabelul 3. Valorile redate sunt pentru proba-martor (notată P1) şi pentru proba unguentului testat (notat GGT). După cum se poate observa din datele de vâscozitate obţinute, s-a constatat că acestea s-au potrivit cel mai bine cu modelul reologic Herschel-Bulkley, pentru care s-au calculat valori mai mari ale coeficienţilor de corelare decât pentru modelul Ostwald de Waele. S-au calculat parametrii reologici specifici acestui model (indicele de curgere n şi indicele de consistenţă κ).

Reogramele şi curbele de viscozitate ale preparatelor semisolide studiate indică scăderea viscozităţii şi creşterea tensiunii de forfecare care duce la creşterea vitezei de deformare, ceea ce evidenţiază comportamentul nonnewtonian pseudoplastic al unguentelor analizate.

Caracterul tixotrop al preparatelor este relevat de profilurile de curgere care indică modificarea dependentă de timp a tensiunii de forfecare la viteză de deformare constantă, curba descendentă fiind situată sub cea ascendentă. Este preferat comportamentul pseudoplastic pentru preparatele semisolide, deoarece indică creşterea capacităţii de curgere odată cu creşterea solicitării la forfecare. Acest tip de curgere este rezultatul ruperii progresive a structurii sistemului prin creşterea progresivă tensiunii de forfecare.

În figurile 4 şi 5 sunt redate reogramele şi curbele de vâscozitate ale celor două preparate semisolide analizate. Refacerea structurii apare la încetarea acţiunii de forfecare, aranjamentul structural al particulelor se modifică prin alinierea lor cu direcţia de curgere.

Dacă refacerea completă a structurii se produce cu întârziere în timp, tensiunea de forfecare (sau viscozitatea) sistemului în porţiunea descendentă a curbei va fi mai mică decât cea în porţiunea ascendentă, ceea ce formează bucla de histereză. Acest fenomen ilustrează fenomenul de tixotropie şi indică viteza cu care sistemul se reface după încetarea forfecării.

Curgerea tixotropă este o caracteristică reologică dorită a preparatelor semisolide, similar comportamentului pseudoplastic, deoarece este corelată cu uşurinţa de etalare a unui preparat iniţial vâscos, care devine mai subţire sub acţiunea forţei de forfecare, dar se reface cu o viteză adecvată în repaus, pentru a se menţine la locul de aplicare.

Depinzând de compoziţia unguentului şi de mărimea particulelor suspendate în vehicul, tixotropia, pseudoplasticitatea şi viscozitatea preparatelor studiate a fost diferită:

  • Unguentul P1 (martor) a prezentat pseudoplasticitate pronunţată (indicată de cea mai mică valoare a indicelui de curgere n – 0,1195), cel mai mare grad de tixotropie şi cea mai mare consistenţă şi viscozitate.

  • Unguentul GGT s-a prezentat ca un preparat pseudoplastic-tixotrop, a prezentat consistenţă şi viscozitate uşor mai scăzute decât P1.

Tabelul 1 Caracteristici organoleptice ale unguentului GGT
Tabelul 1 Caracteristici organoleptice ale unguentului GGT

 

Tabelul 2 Valorile medii ale pH-ului unguentului GGT
Tabelul 2 Valorile medii ale pH-ului unguentului GGT

 

Tabelul 3 Parametrii reologici şi rezultatele analizei datelor vâscozimetrice folosind modelele reologice
Tabelul 3 Parametrii reologici şi rezultatele analizei datelor vâscozimetrice folosind modelele reologice

Determinarea consistenţei

Histograma rezultatului testului penetrometric este redată în figura 6.

Din analiza histogramelor se observă că unguentul P1 a avut grad de penetrare (127,7 mm) mai scăzut, adică cea mai mare consistenţă, urmat îndeaproape de unguentul GGT (165,7 mm). Rezultatele obţinute în urma acestui test au fost în concordanţă cu cele furnizate de testul de curgere în stare staţionară.

Figura 4.  Reograma şi curbele de viscozitate pentru proba P1 (martor)
Figura 4. Reograma şi curbele de viscozitate pentru proba P1 (martor)
Figura 5. Figura 5. Reograma şi curbele de viscozitate pentru unguentul GGT
Figura 5. Figura 5. Reograma şi curbele de viscozitate pentru unguentul GGT

Determinarea capacităţii de întindere

Determinarea capacităţii de etalare asigură informaţii despre uşurinţa de aplicare a preparatelor semisolide pe piele/mucoase. Curba extensiometrică se obţine prin reprezentarea grafică a suprafeţei ocupate de probă (în milimetri pătraţi) în funcţie de greutatea aplicată (în grame).

Alura acesteia oferă informaţii privind capacitatea de întindere a preparatelor – cu cât suprafeţele sunt mai mari, cu atât capacitatea de întindere a unguentului este mai bună. Rezultatul măsurătorilor efectuate pe unguentele experimentale a condus la curbele extensiometrice redate în figura 7.

Pentru ambele unguente se poate observa creşterea capacităţii de întindere odată cu creşterea greutăţii aplicate. Comparând curbele extensiometrice ale preparatelor testate, se constată că P1 şi unguentul GGT au prezentat o capacitate scăzută de etalare, cu valori mai bune pentru unguentul GGT. Pe baza rezultatelor, putem afirma că unguentele analizate prezintă capacitate de întindere adecvată, specifică preparatelor semisolide. Rezultatele acestui test reflectă concordanţa între capacitatea de etalare şi consistenţa preparatelor analizate: consistenţa scăzută este corelată cu o capacitate de întindere crescută.
 

Figura 6. Variaţia consistenţei preparatelor experimentale
Figura 6. Variaţia consistenţei preparatelor experimentale
Figura 7. Curba extensiometrică a preparatului experimental
Figura 7. Curba extensiometrică a preparatului experimental


Concluzii

În urma studiului privind comportamentul reologic al unguentului GGT putem concluziona că:

  • în funcţie de compoziţia unguentului şi de mărimea particulelor suspendate în bază, pseudoplasticitatea, viscozitatea şi tixotropia preparatelor analizate au fost diferite;

  • unguentul P1 a prezentat cea mai pronunţată pseudoplasticitate, cea mai mare viscozitate şi consistenţă, cel mai mare grad de tixotropie;

  • unguentul GGT s-a comportat ca un corp pseudoplastic-tixotrop şi a prezentat consistenţă şi viscozitate uşor mai scăzute decât martorul;

  • unguentul P1 a prezentat cel mai scăzut grad de penetrare, adică cea mai mare consistenţă, urmată de unguentul GGT cu extract alcoolic de ghimbir şi turmeric;

  • unguentul studiat a prezentat capacitate de întindere adecvată, specifică preparatelor semisolide.

  • Determinarea pH-ului unguentului a arătat valori între 6,8 şi 7, ceea ce se apropie de pH-ul uşor alcalin al tegumentului ecvin şi bovin.

  • Unguentul este conform pentru a fi utilizat în terapia unor afecţiuni topice, pentru a determina eficacitatea clinică a acestuia. 

Bibliografie

  1. Chirilă BA. Studii fitoterapeutice în neoplasme epiteliale la animale. Teză Doctorat. USAMVB Timişoara. 2022.

  2. Kulkarni VS. Chapter 7 – Preparation and Stability Testing. In: Essential Chemistry for Formulators of Semisolid and Liquid Dosages. 2016 Dec;99–135. doi:10.1016/ b978-0-12-801024-2.00007-8. 

  3. Ueda CT, Shah VP, Derdzinski K, Ewing G, Flynn G, Maibach H, Marques M, Rytting H, Shaw S, Thakker K, Yacobi A. Topical and Transdermal Drug Products. Pharmacopeial Forum. 2009 May-Jun;35(3):750-764. 

  4. Fox LK, Oura LY, Ames CR. Short communication: Teat skin pH. J Dairy Sci. 2003 Dec;86(12):3951-2.

  5. Cekiera A, Popiel J, Siemieniuch M, Jaworski Z, Slowikowska M, Siwinska N, Zak A, Niedzwiedz A. The examination of biophysical parameters of the skin in Polish Konik horses. PLoS One. 2021 Jun 21;16(6):e0250329.

  6. Szczepanik MP, Wilkołek PM, Pluta M, Adamek ŁR, Pomorski ZJ. The examination of biophysical parameters of skin (transepidermal water loss, skin hydration and pH value) in different body regions of ponies. Pol J Vet Sci. 2012;15(3):553-9.