XII. LOS PETROQUÍMICOS Y LAS NECESIDADES PRIMARIAS DEL HOMBRE
EN ESTE capítulo se describen algunos de los productos fabricados con petroquímicos que se usan para cubrir las necesidades primarias de nuestra sociedad como son el vestido, los alimentos y la salud.
En la sección correspondiente a los plásticos y hules vimos algunas de las aplicaciones que éstos tienen en materia de transporte, artículos deportivos, juguetes, envases y empaques, materiales de construcción, muebles y enseres del hogar, fabricación de zapatos y producción de televisores, radios, computadoras y toda clase de artículos eléctricos y electrónicos.
Pero la petroquímica no sólo sirve para este tipo de necesidades "superfluas" sino que también se emplea para cubrir aquellas que son primordiales al hombre, sobre todo cuando se toma en cuenta el número cada vez mayor de habitantes en nuestro planeta que requieren de alimentación, vestido y salud.
Hace menos de 50 años, para cubrir las necesidades del hombre en materia de vestido, la industria textil sólo contaba con las fibras naturales como la lana, el lino, el algodón o la seda.
En la actualidad el ser humano, desde que nace, entra en contacto con los materiales derivados del petróleo.
A menudo, por ejemplo, las madres sustituyen el pañal de algodón por los llamados desechables hechos de polietileno de baja densidad lineal en la parte exterior, y polipropileno en la parte que está en contacto con la piel del bebé. El relleno suele ser de celulosa, pero en países como Estados Unidos y Japón se suele agregar poliacrilato de sodio para que se forme un gel cuando entre en contacto con los líquidos, evitando así que se escurran.
La ropa del bebé se hace con fibras como el acrilán, orlón, dacrón, poliéster, ya sean solos o mezclados con algodón o lana.
Si se leen las etiquetas de las camisas, vestidos, trajes y toda clase de prendas de vestir, se comprueba que están hechas de alguna fibra sintética sola o mezclada con algunas de las fibras naturales antes mencionadas. Así, ciertas etiquetas indican que la prenda está confeccionada con poliéster 100%, o con poliéster y algodón, acrilán, acetato de celulosa, orlón, courtelle, dynel, perlón, etc.
Las prendas deportivas como los trajes de baño y prendas para hacer gimnasia se hacen de lycra, que es una fibra elástica.
Podríamos continuar con una lista interminable de fibras sintéticas, pero lo que deseamos explicarles es de qué están hechas, y cómo intervienen los derivados petroquímicos en su elaboración. Antes de describir cada fibra, es necesario comprender el principio sobre el que se basa su fabricación.
El principio de la elaboración de las fibras sintéticas, como todo desarrollo hecho por el hombre, se basó en la observación de los fenómenos naturales. En este caso fue el gusano de seda tejiendo su capullo: se observó cómo el gusano expele un líquido viscoso (la fibroína) a través de pequeñas glándulas u orificios. Inmediatamente después de que sale de los orificios, el líquido se solidifica formando un hilo o filamento.
Por lo tanto, si el hombre desea hacer fibras semejantes, lo primero que tiene que fabricar es un líquido viscoso, hacerlo pasar a través de pequeños orificios y finalmente arreglárselas para que la corriente de líquido que sale se solidifique o coagule inmediatamente formando una fibra.
Naturalmente que se ha requerido mucho esfuerzo y tecnología para lograr métodos satisfactorios que puedan imitar al gusano de seda. Por lo general, a todas las fibras hechas por el hombre se les denomina fibras sintéticas. Sin embargo, dentro de esta categoría existen dos tipos: las llamadas artificiales, que usan productos naturales como el algodón y la madera, y las llamadas sintéticas porque sus materias primas son productos derivados del petróleo.
A este grupo pertenecen el rayón de viscosa y el acetato de celulosa. Aunque en su fabricación se usan productos naturales como el algodón y la madera, su elaboración requiere el uso de productos petroquímicos como bisulfuro de carbono, ácido sulfúrico, ácido acético, anhídrido acético, acetona y cloruro de metileno.
Rayón de viscosa. Esta fibra se obtiene a partir de la celulosa de madera. Siguiendo las etapas del gusano de seda, primero se hace el líquido viscoso de la siguiente manera:
En la siguiente etapa se introduce el xantato de celulosa a través de unos orificios. Por último se solidifica lo que sale de los orificios, haciéndolo pasar por una solución de ácido sulfúrico.
Modificando ligeramente el proceso de transformación del xantato de celulosa a celulosa regenerada, se puede obtener fibras de alta resistencia a la tracción que se emplean para reforzar las llantas de los coches.
Acetato de celulosa. Para hacer el líquido viscoso se trata la celulosa de algodón con ácido acético o anhídrido acético en solución con un solvente como la acetona o el cloruro de metileno. La coagulación para formar la fibra se efectúa con acetona vaporizada o cloruro de metileno.
Por medio de tratamientos especiales de elongación y saponificación, se pueden obtener fibras de alta resistencia a la tracción.
Este tipo de fibras hechas por el hombre usan como materia prima productos petroquímicos para la elaboración del líquido viscoso. En muchos casos no es necesario un líquido especial para formar la fibra, ya que el líquido viscoso es un polímero que se introduce fundido y caliente, que al salir de los orificios se enfría y se solidifica.
En el capítulo IX se explicó cómo se obtuvieron los productos petroquímicos intermedios que se usan para hacer fibras sintéticas. Entre éstos se encuentran la hexametilendiamina, ácido adípico, cloruro de vinilo, acrilonitrilo, metilmetacrilato, etilenglicol, ácido tereftálico, polipropileno, polihexametilén adipamida, caprolactama, alcohol polivinílico, cloruro de polivinilo y cloruro de vinilideno.
A continuación describiremos brevemente algunas de las fibras artificiales, sus usos (además de la confección de prendas de vestir), su composición básica, sus propiedades y sus nombres comerciales.
Nylon 6,6. El nylon 6,6 se fabrica condensando la hexametilendiamina con ácido adípico, obteniéndose así la hexamitilén adipamida, que a continuación se calienta hasta polimerizar de 60 a 80 moléculas, formándose de esta manera la poliamida denominada nylon 6,6, fibra que fue desarrollada por la Dupont en 1935.
| 1. | No lo atacan las bacterias, los hongos ni la polilla. |
| 2. | Es inerte a los productos químicos corrosivos, excepto los ácidos minerales calientes. |
| 3. | Tiene una elasticidad superior a la de la seda. |
| 4. | Es muy resistente a las arrugas. |
| 5. | Los solventes en frío casi no lo afectan; no sucede lo mismo con solventes en caliente. Por lo tanto, se tiene que tener cuidado al lavar en seco las prendas hechas de nylon 6,6. |
| 6. | Absorbe muy poca humedad de la atmósfera, lo que le permite secarse fácilmente. |
| 7. | Acumula mucha corriente estática cuando se frota. |
Las fibras de nylon 6,6 se usan para la confección de medias para dama, telas para prendas de vestir, elaboración de paracaídas, velas de navegación y alfombras, así como en la fabricación de llantas de automóvil.
Perlón L o nylon 6. Esta fibra se desarrolló en Alemania y es equivalente al nylon 6,6. También es una poliamida, pero sus materias primas son la caprolactama y una amina, que producen una amino caprolactama que al polimerizarse por calentamiento produce el nylon 6.
Sus fibras se clasifican en tres tipos: nylon filamento textil, que se emplea en la fabricación de telas; nylon fibra corta, que se usa mezclado con fibras naturales, artificiales y sintéticas, y nylon filamento industrial, empleado por las industrias pesquera, llantera y de cepillos.
Vinyón N y Dynel. El vinyón N se obtiene copolimerizando 60% de cloruro de vinilo con 40% de acrilonitrilo. Las fibras resultantes tienen una temperatura de ablandamiento de 158°C.
Las largas fibras de vinyón N se cortan en pedazos pequeños semejantes a los tamaños del algodón o de la lana y se les denomina dynel. Esta fibra se suele mezclar con otras para elaborar estambres para tejer.
Las fibras de vinyón N son termoplásticas, y hasta cierto punto se parecen al nylon. Esta propiedad se aprovecha ventajosamente en los acabados de las telas, como por ejemplo en los estampados.
Estas fibras son altamente resistentes al deterioro por ácidos, álcalis, luz, clima, polillas, insectos, bacterias y humedad. Además, absorben muy poca agua cuando se mojan, por lo tanto retienen su resistencia original. Y otra ventaja es que no son inflamables.
Una variación de este tipo de fibra es el vinyón, que se obtiene copolimerizando 88% de cloruro de vinilo con 12% de acetato de vinilo.
Este tipo de fibra tiene una temperatura de ablandamiento muy baja (65°C), por lo que no se usa en la industria textil. Sin embargo, tiene propiedades muy valiosas, como la de no ser atacada por hongos, bacterias, polillas, ni humedad. Además es altamente resistente a los álcalis fuertes calientes y a los ácidos minerales fríos, como el ácido clorhídrico y el ácido nítrico.
Todas estas propiedades son excelentes para usar este tipo de fibras en la confección de las telas que se emplean para operaciones de filtrado de productos corrosivos.
Acrilán. Esta fibra es muy semejante al vinyón N y al dynel, pues se fabrica copolimerizando 85% de acrilonitrilo con 15% de acetato de vinilo.
La principal característica de esta fibra es la de poderse teñir con mayor facilidad que las demás fibras sintéticas similares.
Orlón. El orlón es acrilonitrilo altamente polimerizado disuelto en dimetilformamida para obtener el líquido viscoso. Después de que salen las fibras a través de los agujeros, se coagulan haciéndolas pasar por glicerol caliente.
El orlón, cuando se sumerge en agua, absorbe 12% de humedad, mientras que la viscosa de rayón absorbe 95% y el algodón 45%. Tomando esto en cuenta, es fácil comprender por qué las telas de orlón húmedas se secan rápidamente.
Courtelle. Ésta es una fibra de poliacrilonitrilo, pero a diferencia del orlón, sus moléculas contienen pequeñas cantidades de metilmetacrilato, lo que permite mejorar las propiedades físicas y de teñido de la fibra.
Se fabrican haciendo reaccionar un glicol, como el eti-lenglicol, con el ácido tereftálico, o un dimetil-éster del ácido tereftálico. El principio sobre el cual se basa su elaboración es muy semejante al usado con el nylon.
En Inglaterra, la ICI fabrica este poliéster bajo el nombre de terylene, y en Estados Unidos la DuPont lo comercializa como dacrón.
Es muy difícil de teñir con colorantes oscuros, por lo tanto es usual teñirlos con colores dispersos. Sin embargo, tiene otras excelentes propiedades como el plisado permanente, cualidad que se aprovecha en las telas hechas con mezclas de dacrón y lana.
Otras propiedades importantes son las de poseer alta resistencia a la tensión, al ataque de productos químicos, alto punto de fusión (que facilita el planchado), resistencia a las arrugas, y al ataque de insectos, bacterias, hongos y polillas.
Estas fibras no sólo sirven para elaborar telas para la confección de prendas de vestir, sino que también se suelen encontrar en las telas con que se elaboran cortinas, sábanas, manteles y otros artículos para el hogar.
Sarán. Esta fibra también se conoce como velón. Se produce copolimerizando el cloruro de vinilo con cloruro de vinilideno.
No soporta altas temperaturas. Su resistencia a la tensión disminuye a un 50% a 100°C y por lo tanto no se usa para hacer telas.
Son muy resistentes al ataque de productos químicos, solventes, bacterias y hongos. Además son muy fuertes y no sólo se usan para hacer telas, sino que también encuentran excelentes aplicaciones industriales en la fabricación de cables, cuerdas y torzales, que son muy ligeros (con densidad de 0.9 1) y flotan en el agua.
Se fabrican condensando el hexamentilen-diisocianato con el glicol, o por la reacción del éster clorofórmico del glicol con hexamentilendiamina. 0 sea que son fibras de poliuretano cuyas cadenas moleculares se modifican en el proceso para impartirles elasticidad.
De estas fibras se hacen telas que se ajustan al cuerpo como los trajes de baño, ropa para gimnasia, medias, etc.
No es fácil imaginarse en el mercado, al contemplar la carne fresca, frutas, verduras y granos como el maíz, trigo, arroz, cebada, etc., cómo intervienen los productos petroquímicos en los alimentos frescos. Aparentemente estos productos 100% naturales no tienen nada que ver con los compuestos artificiales salvo por sus envolturas.
Sin embargo, en realidad la petroquímica desempeña un papel muy importante tanto en la agricultura como en la ganadería, y en la cría de animales domésticos usados en la alimentación.
En la producción de alimentos agrícolas es necesario el uso de fertilizantes, insecticidas, herbicidas y fumigantes.
En la ganadería y cría de otros animales domésticos para la alimentación es muy común el uso de complementos alimenticios y de medicamentos veterinarios.
Fertilizantes. Los vegetales, como todo ser viviente, requieren de ciertos alimentos para su crecimiento y sobrevivencia.
Los fertilizantes son materiales agregados a la tierra para procurarle los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas y hacer que los frutos sean abundantes. Los nutrientes primarios que se emplean en los fertilizantes son el nitrógeno, el fósforo y el potasio.
El estiércol fresco de ganado, puercos y aves, tiene muy bajo contenido de estos nutrientes (0.5-3% de nitrógeno, 0.25-3% de pentóxido de fósforo y 0.5-1.5% de óxido de potasio). Por esta razón, la industria de los fertilizantes sintéticos se ha convertido en indispensable en nuestra sociedad. En efecto, permite aumentar la producción de alimentos para satisfacer los requerimientos cada vez mayores ocasionados por la explosión demográfica.
Las principales materias primas para producir los fertilizantes sintéticos son el amoniaco, el azufre, el ácido sulfúrico, el ácido nítrico, la roca fosfórica y el mineral de potasio.
Si consideramos como petroquímicos únicamente a los derivados de los hidrocarburos, entonces sólo los fertilizantes nitrogenados se derivan del petróleo, o sea del amoniaco. Sin embargo en países como México, cuyos crudos tienen un alto contenido de azufre, se considera que este producto también es un compuesto petroquímico básico.
El azufre, además de ser un macronutriente secundario, es un material clave para la industria de los fertilizantes, porque se usa para producir el ácido sulfúrico. Este ácido sirve para solubilizar la roca fosfórica, y el 85% de los fertilizantes fosfatados se derivan del ácido fosfórico hecho con ácido sulfúrico.
Los fertilizantes nitrogenados sólidos que se consumen en México son: sulfato de amonio, nitrato de amonio, fosfato de amonio, fertilizantes complejos y urea.
Herbicidas. De acuerdo al Departamento de Agricultura de Estados Unidos, se estima que cerca del 10% de la producción agrícola del país se pierde a causa de las hierbas. Esto significa aproximadamente 12 000 millones de dólares anuales, además de los 6 200 millones que se gastan al año en combatir las hierbas, lo que da un total de más de 18 000 millones de dólares.
Existen más de 1500 especies de hierbas que dañan los principales productos agrícolas, ocasionando los problemas que a continuación se mencionan:
Por lo tanto, el uso de herbicidas permite sembrar más alimentos y fibras en menos terreno, con menos mano de obra, y a un costo menor. Además promueve el crecimiento de la ganadería al permitir la destrucción de las hierbas venenosas y abrir la posibilidad del cultivo de mejores pastizales.
Existen actualmente más de 180 herbicidas básicos, además de 6 000 productos comerciales formulados con los anteriores.
A pesar de que el uso de los herbicidas data desde 1850, el verdadero crecimiento en su uso fue después de 1945 con la aparición del 2,4 D y del 2,4,5-T, que son ácidos fenoxiacéticos clorados
Desde los primeros desarrollos de los fenoxi-herbicidas, han surgido muchos otros productos químicos a este mercado. Entre éstos se encuentran los ácidos alifáticos clorados, los ácidos benzoicos clorados, las dinitro anilinas sustituidas y las fenólicas, todas ellas sintetizadas a partir de petroquímicos.
En Estados Unidos el 75% de los herbicidas se usa en la agricultura. El resto se emplea en las zonas industriales, en las vías de ferrocarril, en las orillas de las carreteras, en lotes baldíos y en los jardines y parques urbanos.
Insecticidas. Los insecticidas son productos químicos que sirven para destruir insectos perjudiciales. El gran número de estos productos que existe en la actualidad se clasifica según el mecanismo de su acción en:
| a) |
Insecticidas por ingestión, los que matan por intoxicación alimenticia, entre los cuales se encuentran los arseniatos de calcio y de plomo.
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| b) | |
| c) |
Insecticidas por contacto, que son los más eficaces, siendo los más comunes el DDT (dicloro-difenil-tricloroetano), el HCC (hexacloro-ciclohexano), el sulfuro de difenilo, etc., que matan por efecto vesicante.
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A continuación mencionaremos los principales insecticidas orgánicos de origen petroquímico. Éstos se pueden clasificar según sus funciones químicas en clorados, organofosforados y nitrofenoles.
Insecticidas clorados. El DDT fue el primer insecticida clorado. Se usa desde 1939 y sirve para controlar cientos de especies de insectos en jardines, bosques, selvas, campos de cultivo y árboles frutales.
Otros insecticidas de la misma familia son el HCC, el DDD, el perthane, el lindano, el telodrín, el endrín, etc.
El paratión y su análogo metilado son los insecticidas fosforados más usados en la actualidad, pues son más efectivos contra una gran variedad de insectos que cualquier otro producto. Generalmente se usan en concentraciones bajas del orden de 0.010.1%.
El malatión es un insecticida usado para propósitos generales en el hogar, jardines urbanos, para controlar los insectos de frutas y verduras, y en la salud pública para combatir moscas, mosquitos y pulgas.
Insecticidas de nitrofenoles. Los dinitrofenoles se utilizan como insecticidas, herbicidas y fungicidas.
El primer insecticida de esta familia fue el DNOC (dinitro cresol). Actualmente se usan las sales o ésteres del 4-6 dinitro-2-alquilfenol, las cuales se conocen comercialmente como "Dinoseb" y "Dinocap".
Fumigantes. Los fumigantes son productos químicos que se distribuyen en el espacio en forma de gas. Por lo tanto, a una temperatura y presión dadas, deben de existir en la fase gaseosa en concentraciones suficientes para que sean letales a los insectos y plagas. Estas condiciones limitan el número de insecticidas que pueden ser usados como fumigantes.
Los fumigantes se emplean para proteger cultivos de toda clase. Éstos pueden estar en el campo, en invernaderos jardines, hortalizas, etc. También se emplean para proteger alimentos almacenados en bodegas y silos contra gusanos, hormigas y otros insectos.
Los principales productos petroquímicos usados como fumigantes son: el acrilonitrilo, el disulfuro de carbono, el tetracloruro de carbono, el para-dicloro-benceno, el tricloro etileno, el bromuro de metilo, el naftaleno, el óxido de etileno, el 1,2-dicloropropano, etc.
Estos fumigantes se pueden usar solos o combinados. Por ejemplo, el tetracloruro de carbono se usa con el disulfuro de carbono para reducir su inflamabilidad.
Plásticos usados en la agricultura. Los plásticos, como el policloruro de vinilo (PVC) y el polietileno tienen amplia aplicación en la agricultura. Estos polímeros se usan principalmente en las tuberías de riego, en la construcción de invernaderos, y en el "arropado" de cultivos.
La técnica del arropado de cultivos consiste en cubrir el suelo, previamente barbechado y rastreado, con películas de polietileno o de PVC y sujetarlas por sus extremos. A continuación se hacen perforaciones circulares de 10 centímetros de diámetro en la película y en el terreno, con una separación de 20 a 25 centímetros. Se coloca la semilla en cada perforación.
Las plantas crecen a través de la perforación en las óptimas condiciones antes mencionadas, lográndose cosechas excelentes.
La técnica de arropado de cultivos empleando películas de PVC y de polietileno se usa extensamente en los países desarrollados.
Sus principales ventajas son que evita el crecimiento de las hierbas; conserva la humedad y el calor del suelo; permite que los fertilizantes se asimilen mejor; controla la erosión del suelo y permite incrementar la productividad de las cosechas.
En México se emplea esta técnica usando un polímero denominado "asfaleno" que fue desarrollado por el Instituto Mexicano del Petróleo y que actualmente se fabrica en Petróleos Mexicanos.
Ganadería. La petroquímica está presente en la ganadería en la fabricación de garrapaticidas, medicamentos, herbicidas para mejores pastizales, y en la elaboración de complementos alimenticios como la "metionina" y la proteína unicelular fabricada a partir del amoniaco y el metanol.
Alimentos procesados. La petroquímica también interviene en la preparación y preservación de productos alimenticios a través de los llamados aditivos.
Estos productos cubren propósitos múltiples, entre los que se encuentran hacer que los alimentos tengan una apariencia más atractiva para los clientes, evitar que se descompongan, agregarles valor nutritivo, hacer que los procesos de manufactura sean más fáciles y baratos, etc.
Los productos químicos que se suelen usar en los alimentos procesados se pueden clasificar de la siguiente manera:
| 1. | Preservativos: En la antigüedad los métodos de preservación eran el secado, salado y azucarado. En la actualidad se emplean antioxidantes químicos para evitar que las grasas se hagan rancias y que las frutas se descompongan. Otros preservativos controlan el desarrollo de bacterias, moho o levadura. |
| 2. | Modificadores de textura y consistencia: A nadie le gusta que los alimentos estén grumosos, aguados o pegajosos. Para ello se usan los emulsificantes a fin de emulsionar las sustancias que no se mezclan fácilmente. También se usan viscosificantes para espesar y dar firmeza, y agentes antiapelmazantes para evitar que los polvos fluyan libremente. |
| 3. | Ácidos, bases y buffers: Éstos permiten ajustar la acidez, la cual tiene efectos muy importantes en muchos productos alimenticios. |
| 4. | Nutrientes y suplementarios: Éstos por lo general son vitaminas y minerales. |
| 5. | Saborizantes y edulcorantes: Éstos pueden ser de origen natural o artificial, como los ésteres y la sacarina. |
| 6. | Colorantes y blanqueadores: Éstos también pueden ser naturales o artificiales. |
| 7. | Varios: Éstos pueden ser agentes antiespumantes, acentuadores de sabor, humectantes, agentes de curado, clarificadores y muchos otros. |
A continuación mencionamos algunos de los aditivos artificiales que son derivados de los productos petroquímicos.
Nitrito y nitrato de sodio: Preservativo que imparte color a las carnes frías derivadas del puerco, tales como el jamón, embutidos, etc.
En la preparación de medicamentos genera los reactivos químicos que sirven para hacer productos fisiológicamente activos como el ácido acetilsalicílico que es el analgésico conocido como aspirina, y en la fabricación del anestésico local llamado benzocaína.
En otras ocasiones son sus productos intermediarios los que participan, como en el caso del formato de metilo fabricado a partir del metanol y el ácido fórmico, que se usa como uno de los reactivos para producir vitamina B.
Algunos productos petroquímicos se utilizan como medicamentos En este caso se encuentra la glicerina usada para hacer supositorios y la nitroglicerina empleada para aliviar los dolores de la angina de pecho al vasodilatar las arterias coronarias.
La preparación de antibióticos, vacunas, drogas, hormonas, esteroides, vitaminas, etc., requiere de solventes para la extracción de los principios activos de las plantas y otros productos naturales. Estos solventes por lo general son derivados petroquímicos tales como el acetato de etilo, el acetato de butilo y el acetato de amilo.
Los polímeros también participan en la industria de la salud, donde se les llama biomateriales. Sirven no sólo para hacer órganos artificiales como huesos, corazones, arterias, dientes, etc., sino también para la preparación de medicamentos con los llamados "sistemas de liberación controlada".
A continuación describiremos brevemente el uso de los polímeros como biomateriales en el campo de la salud.
Antes de describir la participación de los polímeros en la preparación de este tipo de medicamentos, explicaremos qué son los sistemas de liberación controlada y cuáles son sus ventajas, a fin de vislumbrar mejor el futuro de los polímeros en este campo.
Este sistema ha tomado gran auge en los últimos años; surgió como respuesta a las desventajas presentadas por las formas convencionales de los medicamentos (pastillas, cápsulas, etc.). Esto se entenderá mejor si se analiza cómo actúan fisiológicamente los medicamentos que se ingieren en forma de cápsulas o pastillas (ver Fig. 35).
Cuando se ingiere una cápsula o tableta convencional, la concentración del medicamento en el torrente sanguíneo puede subir al principio rápidamente a un nivel superior al llamado rango terapéutico (nivel en donde la concentración del medicamento es suficiente para tener efecto adecuado).
Si la concentración está abajo de este rango, el medicamento no tiene ningún efecto, pero si por el contrario se encuentra por arriba de este nivel, el medicamento tendrá efectos tóxicos, es decir, provocará efectos secundarios tales como dolores de cabeza, somnolencia, náuseas, hipotensión, etc.
Por lo general, al ingerir los medicamentos presentados en las formas convencionales, la concentración de los mismos en el torrente sanguíneo está por encima del rango terapéutico con los efectos antes mencionados.
Después, la concentración baja al rango terapéutico permaneciendo allí por una o dos horas, y después decae por debajo de este nivel en donde no tiene ningún efecto. Cuando se toma la siguiente dosis de medicamento, su concentración en la sangre sigue el ciclo anterior. El resultado es que el medicamento produce el efecto positivo deseado sólo del 40 al 60% del tiempo.
Obviamente sería mucho mejor si la formulación proveyera una liberación controlada del medicamento, de tal modo que el agente activo permaneciera en el rango terapéutico durante un periodo mayor, quizás del 89 al 90% del tiempo.
Los investigadores que se dedican al estudio y desarrollo de medicamentos, así como las compañías farmacéuticas, tienen un gran interés en este tipo de formulaciones, no sólo por los argumentos antes mencionados, sino por otras razones como son las siguientes:
| 1. | Los medicamentos con sistemas de liberación controlada no necesitan tomarse tan a menudo, por lo que son más convenientes. Algunos medicamentos se implantan y su efecto, por ser de liberación controlada, dura desde un mes hasta más de un año. |
| 2. | Si un medicamento se toma una vez al día, habrá menos probabilidades de que el paciente lo olvide, como sería el caso si tuviera que tomarlo cuatro veces al día. |
| 3. | Los medicamentos con este tipo de sistema casi nunca están por encima del rango terapéutico, por lo que sus efectos secundarios son casi nulos y en algunos casos se eliminan. |
| 4. | Si un medicamento incorporado a un polímero se implanta en la parte más cercana al sitio de acción, ésta será más efectiva y producirá menos efectos indeseables. |
| 5. | Una forma de dosificación mejorada de cualquier medicamento ya existente podría incrementar considerablemente sus propiedades. De este modo no sería necesario desarrollar nuevos medicamentos para el mismo propósito, lo que ahorraría el tiempo y dinero que implican la investigación y desarrollo, así como los permisos respectivos para su uso. |
| 6. | Muchas patentes de medicamentos importantes están a punto de expirar, por lo que las compañías que desarrollaron las formulaciones originales buscan la manera de protegerse de los nuevos trámites que esto les ocasionaría. Una forma de lograrlo es tomar un medicamento cuya patente expire en 1987, y lanzarla al mercado con un sistema de liberación controlada, haciendo que la patente sea válida hasta 1998. De esta manera la compañía que desarrolló el medicamento original podrá conservar su posición comercial en un campo específico, ya que en principio hizo un producto superior. |
Usos de los sistemas de liberación controlada. Estos sistemas sirven para un gran número de medicamentos, incluyendo aquellos que se usan en el tratamiento del glaucoma, angina de pecho, paludismo, alergias, caries dental, anticonceptivos, hipertensión, etc. Tienen varias formas. Algunos son dispositivos que contienen el medicamento y que se implantan en el cuerpo por un periodo determinado. Otros son parches que se adhieren a la piel.
A continuación describiremos algunos de estos sistemas con sus medicamentos y usos, así como los derivados petroquímicos que intervienen en su fabricación. Algunos de estos productos ya están siendo comercializados; otros están en estado experimental.
Uno de los avances más emocionantes en el campo de la liberación controlada de medicamentos es el uso de los llamados parches transdérmicos que se adhieren a la piel en donde se libera el medicamento por periodos de uno a siete días dependiendo del medicamento.
Por lo general, los parches transdérmicos consisten en una capa de poliéster aluminizado que sirve de protector. Después tienen una capa de la sustancia activa, y por último una membrana microporosa de polipropileno que es la que controla la liberación de la medicina hasta la superficie de la piel. El parche se mantiene sobre la piel por medio de un adhesivo.
Los medicamentos que se han comercializado con este sistema son muy variados. Los más comunes son los que tienen los usos siguientes.
Mareos. Los mareos provocados por movimiento (barcos, avión, automóvil, etc.) se suelen combatir actualmente con el medicamento llamado "Transderm-scop" que fue desarrollado por Alza e introducido por la Ciba-Geigy en julio de 1981. Es un parche transdérmico que contiene escopolamina disuelta en aceite mineral, impregnada sobre poliisobutileno, lo cual constituye la segunda de las capas antes mencionadas. Su forma es circular, es del tamaño de una moneda pequeña y se coloca detrás de la oreja.
Angina de pecho. Los parches transdérmicos más usados son los que contienen nitroglicerina y sirven para aliviar las molestias de la angina de pecho, al permitir vasodilatar las arterias coronarias y así aumentar el flujo de sangre al corazón.
Antes de la aparición de los parches transdérmicos que contienen nitroglicerina, este medicamento se vendía en forma de tabletas, cápsulas y ungüentos. Las tabletas conservan su efecto terapéutico durante tres horas, las cápsulas actúan de ocho a doce horas y el ungüento se unta una o dos veces diarias, pero presenta la inconveniencia de ser pegajoso y no poderse aplicar sobre la piel en cantidades uniformes. En cambio, el efecto de los parches transdérmicos dura 24 horas.
Varias compañías farmacéuticas producen estos parches, usando diferentes tipos de polímeros como membranas de difusión. Los más comunes son los copolímeros de etileno-acetato de vinilo, y los de cloruro de polivinilo y sus terpolímeros.
Los parches transdérmicos de nitroglicerina se venden bajo los nombres de Transderm-nitro, Nitro-Dur, y Nitrodisc (ver figura 36).
Hipertensión. Los parches transdérmicos que contienen medicamentos como la clonidina (vendido actualmente en tabletas con el nombre de catapres) se usan para combatir la hipertensión arterial. Los parches que están próximos a salir al mercado se llamarán Catapress TTS (sistema terapéutico transdérmico).Su efecto terapéutico dura una semana.
Climaterio. Otro medicamento que usa este sistema de liberación controlada y que está próximo a salir al público es el parche transdérmico que contiene estradiol, una hormona natural que se emplea para disminuir los síntomas del climaterio.
Los parches transdérmícos no son los únicos usados en los sistemas de liberación controlada. También se suelen usar los polímeros bajo otras formas y para controlar otras enfermedades como las que mencionaremos a continuación.
Caries dental. El sistema de liberación controlada consiste en un hidrogel a base de polihidroxietil metacrilato que sirve como membrana dosificante de fluoruro. El sistema se implanta en una muela posterior y permite liberar el fluoruro necesario para proteger al paciente durante seis meses contra la caries dental.
Glaucoma. Para este caso, se usa un copolímero de etilenoacetato de vinilo como membrana para la liberación controlada de la pilocarpina. Este medicamento reduce la presión intraocular, lo que permite disminuir la posibilidad de que la enfermedad provoque ceguera.
La nueva presentación del medicamento se llama Ocusert y tiene la forma de una oblea delgada que se coloca en la parte interna del párpado inferior.
Anticonceptivos. El Progestasert desarrollado por la compañía Alza en 1967 consiste en un dispositivo intrauterino fabricado con un copolímero de etileno-acetato de vinilo.
Este polímero sirve como membrana y controla la liberación lenta de la Progesterona hacia el útero. Su acción dura un año.
La capacidad para reemplazar órganos dañados total o parcialmente ha permitido mejorar la calidad y tiempo de vida de muchas personas.
Su éxito se debe fundamentalmente a los biomateriales, muchos de los cuales son plásticos y resinas provenientes de la petroquímica. Gracias al trabajo conjunto de químicos, bioquímicos e ingenieros, se ha logrado modificar la composición y propiedades de los plásticos que han permitido el desarrollo de los aparatos biomédicos actuales.
Biomateriales para sistemas cardiovasculares. Los obstáculos que se han tenido que vencer en materia de aparatos usados en sistemas cardiovasculares se deben fundamentalmente a la escasez de materiales con suficiente resistencia y durabilidad, propiedades indispensables en los implantes de larga vida.
Otros problemas con tales materiales incluyen la formación de coágulos en la sangre y la mineralización en la superficie de éstos, fallas mecánicas, hemólisis (destrucción de los glóbulos rojos), degradación del material y la activación de los factores que favorecen los coágulos que provocan las trombosis.
Los materiales más apropiados para usos cardiovasculares son los poliuretanos tipo poliéster como el "biomer". Este tipo de elastómero es muy versátil, pues puede moldearse en solución, por inyección, o por extrusión, a fin de darle la forma y configuración más variada.
El primer corazón artificial se colocó el 2 de diciembre de 1982 a Barney Clark, de 61 años de edad. Este corazón fue desarrollado por Robert K. Jarvik y se llama Jarvik-7. Los dos ventrículos estaban hechos de poliuretano soportado sobre bases de aluminio, y el diafragma era de biomer, que es un poliuretano de base poliéster aromática que posee excelente vida flexible, resistencia a la fatiga y alta resistencia al deslizamiento.
En un corazón latiendo a 100 palpitaciones por minuto, el diafragma se flexiona más de 50 millones de veces en un año, por lo que las propiedades antes mencionadas son indispensables.
Este mismo tipo de corazón artificial se implantó en William Schroeder, de 52 años de edad, quien duró con vida más de un año después de la operación.
Los polímeros derivados del petróleo también son útiles para injertos vasculares. Esta técnica quirúrgica para tratar a los pacientes con arterioesclerosis consiste en reemplazar o en desviar los vasos sanguíneos obstruidos. El material más usado en la actualidad es el dacrón, fibra poliéster fabricada por la Dupont.
Desde 1975 se ha injertado en más de 500 000 casos clínicos el polímero denominado PTFE (poli-tetrafluoro-etileno expandido).
Éste se usa principalmente para reconstruir las arterias de las piernas y también para permitir el paso de la sangre en las diálisis.
El PTFE se ha empleado para sustituir a la vena safena, que es el injerto más común en la reconstrucción de las arterias. La sustitución se hace sobre todo en los pacientes que no tienen dicha vena en condiciones adecuadas, ya sea por ser corta, de diámetro pequeño, o presentar problemas de flebitis.
Diabetes. Otra de las aplicaciones médicas de los polímeros es el control de la insulina en los enfermos diabéticos.
El material usado es un copolímero de acetato de vinilo y etileno, unido en forma covalente a una enzima de glucosa oxidasa e implantado en el cuerpo del enfermo. Dicho sistema de implante permite autorregular el envío de insulina de la manera siguiente:
La glucosa, al difundirse por el sistema polimérico, se convierte en el ácido glucónico. Esto aumenta la acidez, que a su vez provoca un incremento en la solubilidad y liberación de la insulina.
El efecto también es reversible, es decir, cuando disminuyen los niveles de glucosa, baja la velocidad de liberación de la insulina.
Prótesis en general. El cuadro siguiente describe algunos de los polímeros sintéticos comúnmente usados en la elaboración de prótesis y aparatos biomédicos. Estos materiales se usan para hacer prótesis de orejas, ojos, cadera, rodillas, cráneo, huesos, válvulas y corazones artificiales, venas y toda clase de catéteres y cánulas.
Odontología. Los petroquímicos también participan en la odontología, siendo las resinas acrílicas las principales protagonistas. Los requisitos ideales de una resina dental son los siguientes:
| 1. | El material debe tener suficiente transparencia para reproducir estéticamente los tejidos que ha de reemplazar. Debe ser capaz de ser pigmentado con esa finalidad. |
| 2. | No debe experimentar cambios de color o aspecto después de su procesamiento dentro de la boca o fuera de ella. |
| 3. | No debe dilatarse, contraerse, ni curvarse durante el procesamiento ni mientras la use el paciente. |
| 4. | Debe poseer resistencia a la abrasión adecuada para soportar el uso normal. |
| 5. | Debe ser impermeable a los líquidos bucales para que no se convierta en insalubre o produzca olor y sabor desagradables. Si se utiliza como material de obturación o cemento, debe unirse químicamente al diente. |
| 6. | Debe ser insípida, inodora, no tóxica ni irritante para los tejidos bucales. |
| 7. | Debe ser completamente insoluble en los líquidos bucales o cualquier sustancia que ingrese a la boca, y no presentar manifestaciones de corrosión. No debe absorber tales líquidos. |
| 8. | Su gravedad específica debe ser baja. |
| 9. | Su temperatura de ablandamiento será muy superior a la de cualquiera de los alimentos o líquidos calientes introducidos en la boca. |
| 10. | En caso de rotura inevitable, debe ser posible reparar la resina fácil y eficazmente. |
| 11. | La transformación de la resina en aparato protético debe efectuarse fácilmente con un equipo simple. |
En los últimos años de la década de los cuarenta se crearon los acrílicos de autocurado, que hicieron posible la restauración directa de los dientes con resina.
Tales productos permiten la combinación del monómero con el polímero, con el cual se obtiene una masa plástica o una gel que se coloca dentro de la cavidad tallada donde se polimeriza in situ. El componente principal del polvo de polímero es el polimetil-meta-acrilato en forma de perlas o limaduras. Además, el polvo contiene un iniciador de radicales libres que es el peróxido de benzoílo (0.33%). Este polvo se mezcla con el monómero de metil-meta-acrilato, y a veces se le introducen agentes de unión cruzada como el dimetacrilato de etilo (5%), lo que permite aumentar la estabilidad de la resina.
Este mismo tipo de producto se usa para hacer las bases de dentaduras en las prótesis. Para este uso también se suele emplear un copolímero de cloruro de vinilo y acetato de vinilo, saturado con metacrilato de metilo, para formar una gel plástica.
Las bases de dentaduras hechas con el proceso de inyección emplean poliestireno como resina de moldeo. Las resinas acrílicas también sirven para hacer dientes artificiales, que poseen ciertas ventajas sobre los dientes hechos de porcelana, como es su mayor resistencia al choque y su bajo módulo de elasticidad, lo que permite disminuir el "castañeteo" que con frecuencia padecen los portadores de prótesis dentales.
El motivo por el cual las resinas dentales actuales se hallan más o menos limitadas a los polimetil-meta-acrilatos y otros monómeros de metacrilato se debe a que son las únicas resinas conocidas que proporcionan, con técnicas relativamente simples, las propiedades esenciales para el uso en boca.
Aún no se ha hallado la resina que cumpla con todos los requisitos antes mencionados. Pero las resinas de polimetil-acrilato y sus copolímeros son los que reúnen el mayor número de ellos. Se encuentran en el comercio bajo el nombre de Profile, Finesse, Isopast, etc.
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