You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Теоретические принципы и практическое применение диффузионной модели проникновения химических веществ через кожу

https://doi.org/10.33573/ujoh2017.01.014

Кирсенко В. В., Яструб Т. А.

Теоретические принципы и практическое применение диффузионной модели проникновения химических веществ через кожу

Государственное учреждение «Институт медицины труда Национальной академии медицинских наук Украины», г. Киев

Полная статья (PDF), UKR

Вступление. Проникновение химических веществ через кожу одна из предпосылок оценки риска этого пути поступле-ния опасных факторов производственной среды (пестицидов, органических растворителей) и окружающей среды (полютантов, загрязнителей воздуха, воды водоемов), оценки эффективности лекарственных средств (трансдермальных терапевтических систем, мазей, втираний), косметических препаратов и др. Математическое моделирование является наиболее продуктивным путем преодоления ряда неопределенностей, которые сопровождают этот сложный процесс, а наиболее развитой теоретической базой моделирования — использование законов диффузии Фика. Невзирая на огром-ный массив информации по этому поводу в мировой литературе, целостного взгляда на проблему в отечественных источниках не существует. Предложенный обзор литературы, построенный на материалах Научного консультативного
Совета Агентства по охране окружающей среды США (US EPA), дает целостный взгляд на коэффициент проницаемо-сти, как краеугольный элемент диффузионной модели, и на подходы к его определению с использованием математи-ческого аппарата теории диффузии, не перегруженного сложными теоретическими интерпретациями.
Цель исследования — на основании обзора литературы и современного состояния проблемы создать алгоритм использования теории диффузии (диффузионных моделей) в общебиологической проблеме, связанной с прони-цаемостью химических веществ сквозь биологические мембраны (кожу).
Материалы и методы исследования. Аналитический обзор научных публикаций из теории диффузии и коэффи¬циента проницаемости химических веществ через биологические мембраны, как системообразующего фактора в проблеме чрескожного поступления химических веществ.
Результаты. Приведены пути развития диффузионной модели проникновения химических веществ через кожу от теоретических принципов к упрощенному определению основного параметра модели — коэффициента проницае¬мости с использованием достаточного по объему массива компиляционных данных литературы.
Выводы. Коэффициенты распределения и проницаемости являются основным параметром, интегрирующим слож¬ный процесс распределения пенетранту между кожей и водой (растворителем) и диффузии его в более глубокие слои мембраны (рогового слоя), вплоть до внутренней поверхности мембраны (эпидермиса, сосудистого слоя кожи). Диффузионная модель проницаемости биологических мембран, невзирая на большое количество услов¬ностей и неопределенностей, является наиболее практически пригодной для описания этого сложного процесса.

Ключевые слова: проницаемость кожи, законы диффузии Фика, математика диффузии, коэфициент диффузии, коэфициент проницаемости, диффузионные модели, статистические модели

Литература

  1. EPA (U.S.EPA). Dermal Exposure Assessment: Prin­ciples and Applications. Office of Health and Environ­mental Assessmento. - Washington, DC 20460, 1992.
  2. Кундиев Ю. И. Всасывание пестицидов через кожу и профилактика отравлений / Ю. И. Кундиев. - Киев : Здоров'я, 1975. - 199 c.
  3. Колпаков Ф. П. Проницаемость кожи / Ф. П. Кол­паков. - Медицина, 1973. - 206 с.
  4. Слынько П. П. Потоотделение и проницаемость кожи / П. П. Слынько. - Киев : Наукова думка, 1973. - 255 с.
  5. Crank J. C. The mathematics of diffusion / J. C. Crank. - Oxford U.K. : Clarendon Press, 1975.
  6. Sheuplein R. J. Permeability of the skin / R. J. Sheu- plein, I. Н. Blank // Physiol. Rev. 1971. - V. 51 (4). - Р. 702-747.
  7. Blank I. Н. Penetration of low molecular weight alcohols into skin. 1. The effect of concentration of alcohol and type of vehicle / I. Н. Blank // J. Invest. Dermatol. - 1964. - V. 43. - P. 415.
  8. Scheuplein R. J. Mechanism of percutaneous adsorption. 1. Routes of penetration and the influence of volubility / R. J. Scheuplein // J. Invest. Dermatol. - 1965. - V. 45. - P. 334-346.
  9. Permeation of hairless mouse skin. Experimental methods and comparison with human epidermal permea­tion by alkanols / Н. Durrheim, G. L. Flynn, W. I. Higuchi, C. R. Behl // J. Pharm. Sci. - 1980. - V. 69. - P. 781-786.
  10. Bronaugh R. L. The effect of cosmetic vehicles on the penetration of N-nitrosodiethanolamine through excised human skin / R. L. Bronaugh, Е. R. Congdon, R. J. Scheuplein // J. Invest. Dermatol. 1981. - V. 76 (2). - P. 94-96.
  11. Raykar Р У. The role of protein and lipid domains in the uptake of solutes by human stratum corneum / Р. У. Raykar, М. C. Fung, B. D. Anderson // Pharm. Res. - 1988. - V. 5 (3). - P 140-150.
  12. Andersen В. О. Heterogeneity effects on per­meability - partition coefficient relationships in human stratum corneum / В. О. Andersen, W. I. Higuchi, P V. Raykar // Pharm. Res. - 1988. - V. 5 (9). - P. 566-573.
  13. Optimization of topical therapy: partitioning of drugs into stratum corneum / C. Surber, К. Р. Wilheim, М. Hori [et al.] // Pharm. Res. - 1990. - V 7 (12). - P. 1320-1324.
  14. Partitioning of chemicals into human stratum corneum implications for risk assessment following dermal exposure / C. Surber К. P Wilhelm, Н. I. Maibach [et al.] // Fundam. Appl. Toxicol. - 1990. - V. 15. - P 99-107.
  15. Blank I. Н. Penetration of benzene through human skin / I. Н. Blank, D. J. McAuliffe // J. Invest. Dermatol. - 1985. - V. 85. - P 522-526.
  16. Idson В., Behl C. R. In: А. P Kydonieus, et al. eds. Transdermal delivery of drugs, V. 3. Boca Raton, FL: CRC Press, 1987. - P 85.
  17. Peucutaneous absorption of nicotinic acid deriva­tives in vitro / А. Dal Pozzo, G. Dogzelli, Е. Liggeri, L. Rodrigue // J. Pharm. Sci. - 1991. - V. 80 (1), - P 54-57.
  18. The distribution of non- electrolytes between human stratum corneum and water / М. S. Roberts, R. А. Andeuson, D. Е. Mooue, J. Swarbrick // Australian J. of Pharm. Sci. - 1977. - V. 6. - P 77-82.
  19. Hansch C. Constituents constant for correlations in chemistry and biology / C. Hansch, A. Leo. - New York : NY, Wiley-Interscience, 1979.
  20. ЕРА, Superfund Exposure Assessment Manual. - EPA, 1988.
  21. Albery W. J. Percutaneous absorption: theoretical description / W. J. Albery, J. Hadgraft // J. Pharm. V Pharmacol. - 1979. - V. 31. - P 140-147.
  22. Michaels А. S. Drug permeation through human skin: Theory and in vitro experimental measurement / Michaels А. S., Chandrasekaran S. К., Shaw J. E. // Am. Inst. Chem. Eng. J. -1975. - V. 21 (5). - P 985-996,
  23. Potts R. O. The influence of the stratum corneum morphology on water permeability / R. O. Potts, M. L. Fran- couer // J. Invest.Dermatol. - 1991. - V. 96. - P. 495-499.
  24. Cussler E. L. Diffusion - mass transfer in fluid systems / E. L. Cussler. - New York, NY : Cambridge University Press, 1984.
  25. Берд Р Явления переноса / R Берд, В. Стьюарт, Е. Лайтфут // Химия. - 1994. - С. 448-449.
  26. Guy R. H. Mathematical models of percutaneous absorption. In Bronaugh, R. L, and Maibach, H. I. eds., Percutaneous absorption / R. H. Guy, H. Hadgraft. - New York, NY : Marcel Dekker, 1985. - P. 13-26; 95-109.
  27. Kasting G. B. Effect of lipid volubility and molecular size on рerсutaneous abso^tion / G. B. Kas­ting, R. L. Smith, E. R. Соорег // Pharmacol. Skin. - 1987. - № 1. - P 138-153.
  28. Flynn G. L. Percutaneous drug penetration: choosing candidate for transdermal development / G. L. Flynn, Stewart // Drug. Dev. Res. - 1988. - V. 13. - P 169-185.
  29. Michaels A. S. Drug permeation through human skin. Theory and in vivo experimental measurements / A. S. Michaels, S. K. Chandrasekaran, J. E. Shaw // Am. Ind. Chem. Eng. -1975. - V. 21 (5). - P 985-968.
  30. Bemer B. Models of skin permeability / B. Bemer, E. R. Cooper // In.: Bemer B., Keygondus A. S., eds., Transdermal delivery of drugs, V. 3. - Boca Raton, FL : Press, 1987. - P. 41-56.
  31. Flynn G. L. Physicochemical determination of skin absorption / G. L. Flynn // In: T R. Gerity , C. J. Henry eds. Principles route-to-route extrapolation for risk assessment. - Amsterdam : Elsevier Science Publishing Co. Inc, 1985. - P 93-127.
  32. Potts R. O. and Guy R. H. Predicting skin permeability / R. O. Potts and R. H. Guy // Pharmocol. Res. - 1992. - V. 9 (5). - P. 663-9.
  33. Bronaugh R. L. Prediction of human percutaneous absorption with physiochemical data / R. L. Bronaugh, C. N. Barton // In: Wang, R. G.; Maibach, H. I. eds. Health risk assessment through dermal and inhalation exposure and absorption of toxicants. Воса Raton, FL : CRC Press. Submitted, 1991.