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

Теоретичні засади та практичне застосування дифузійної моделі проникнення хімічних речовин крізь шкіру

Теоретичні засади та практичне застосування дифузійної моделі проникнення хімічних речовин крізь шкіру

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

Кірсенко В. В., Яструб Т. О.

Теоретичні засади та практичне застосування дифузійної моделі проникнення хімічних речовин крізь шкіру

Державна установа «Інститут медицини праці Національної академії медичних наук України», м. Київ

 Повна стаття (PDF), UKR

Вступ. Проникнення хімічних речовин крізь шкіру — одна з передумов оцінки ризику цього шляху надходження небезпечних факторів виробничого середовища (пестицидів, органічних розчинників) та довкілля (полютантів, забруднювачів повітря, води водоймищ), оцінки ефективності лікарських засобів (трансдермальних терапевтичних систем, мазей, утирань), косметичних препаратів тощо. Математичне моделювання є найпродуктивнішим шляхом подолання ряду невизначеностей, які супроводжують цей складний процес, а найрозвинутішою теоретичною базою цього моделювання — використання законів дифузії Фіка. Незважаючи на величезний масив інформації з цього приводу в світовій літературі, цілісного погляду на проблему у вітчизняних джерелах не існує. Запропонований огляд літератури, побудований на матеріалах Наукової консультативної Ради Агентства з охорони оточуючого середовища США (US EPA), дає цілісний погляд на коефіцієнт проникнення як наріжний елемент дифузійної моделі та на підходи до його визначення з використанням математичного апарату теорії дифузії, не переобтяжено­го складними теоретичними інтерпретаціями.

Мета дослідження — на підставі огляду літератури та сучасного стану проблеми створити алгоритм практичного використання теорії дифузії (дифузійних моделей) у загальнобіологічній проблемі, пов’язаній з проникністю хімічних речовин крізь біологічні мембрани (шкіру).

Матеріали та методи дослідження. Аналітичний огляд наукових публікацій з теорії дифузії та коефіцієнта проник­нення хімічних речовин крізь біологічні мембрани як системоутворюючого фактора в проблемі крізьшкірного надходження хімічних речовин.

Результати. Наведено шляхи розвитку дифузійної моделі проникнення хімічних речовин крізь шкіру від теоретич­них засад до спрощеного визначення основного параметра моделі — коефіцієнта проникнення — з використанням достатнього за обсягом масиву даних літератури.

Висновки. Коефіцієнт проникнення крізь біологічну мембрану (шкіру) є основним параметром, інтегруючим складний процес розподілу пенетранту між шкірою та водою (розчинником) і дифузії його в товщі мембрани (рого­вого шару), аж до внутрішньої поверхні мембрани (епідермісу, судинного шару шкіри). Дифузійна модель проник­нення біологічних мембран, незважаючи на велику кількість умовностей та невизначеностей, є найбільш практич­но придатною для опису цього складного процесу.

Ключові слова: проникність шкіри, закони дифузії Фіка, математика дифузії, коефіцієнт дифузії, коефіцієнт проникності, дифузійні моделі, статистичні моделі

 

Література

  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.