Un caso especial de contaminante que ha atraído un gran interés en los últimos años es el caso de los medicamentos. Las sustancias farmacéuticas son ampliamente utilizadas para tratar enfermedades en seres humanos y animales y la presencia de contaminantes farmacéuticos en el agua y en el medio ambiente es cada vez mayor en todo el mundo. Debido a la carga continua de los productos farmacéuticos en plantas de tratamiento de aguas se viene despertando el interés en la comunidad científica en estudiar medidas alternativas para controlar esta problemática. Los procesos de tratamiento convencionales de estos efluentes contaminados generalmente han fracasado en la eliminación completa de las sustancias farmacéuticamente activas (Carballa et al., 2004).
Algunos de los efectos de algunos compuestos ya son conocidos (Boxall et al, 2004), pero hay muchas otras sustancias que pueden afectar a los organismos en el medio ambiente. Aunque se puede asumir que estas sustancias no dañan sustancialmente a los seres humanos, se ha empezado recientemente a investigar cómo afectan a una amplia gama de organismos e influyen en el medio ambiente. En este sentido, la adsorción se ha convertido en una técnica bien establecida para eliminar contaminantes, siendo el carbón activado el adsorbente predominante empleado para la purificación de agua con baja concentración de contaminantes.
Además de la depuración de aire, agua o alimentos con tóxicos que deben ser eliminados antes de su ingestión, el carbón activado tiene varias posibles aplicaciones médicas como adsorbente de fármacos y como soporte para la liberación controlada de fármacos:
En primer lugar, éste se utiliza para la adsorción de fármacos o sustancias tóxicas en casos de intoxicación o sobredosis. El carbón activado tiene dos posibles ámbitos de aplicación como adsorbente directo: en el interior o en el exterior del cuerpo del paciente.
Dentro del cuerpo del propio paciente:
Cuando una persona se intoxica debido a la ingestión de algún producto orgánico, el carbón activado puede salvarle la vida. Sin embargo, no cualquier carbón activado es el más eficaz para esta aplicación. Se recomienda que el carbón cumpla las siguientes condiciones:
a) Ser microporoso
b) Ser, de preferencia, de origen vegetal c) Ser, de preferencia, activado térmicamente
En cuanto a necesidad de que sea microporoso, se debe a que las moléculas tóxicas que se absorben en el cuerpo tienen un diámetro molecular menor a 2 nanómetros. En cambio, las moléculas no dañinas como las proteínas y la mayoría de las grasas suelen ser de mayor tamaño. Por lo tanto, si se utiliza un carbón de poro mayor, adsorberá estas moléculas no dañinas.
El carbón activado es empleado en toxicología clínica, dentro del cuerpo del paciente, con dos fines: prevenir la absorción sistémica de agentes tóxicos desde la región gastrointestinal, y mejorar la eliminación de agentes tóxicos en la misma región del organismo en el caso de que ya hayan sido absorbidos. Esto segundo se conoce como
“diálisis gastrointestinal” (Levy, 1982).
Hay estudios que demuestran que el carbón activado es efectivo para reducir la concentración de muchos fármacos como: acetaminofeno, antiarrítmicos, anticonvulsivos, antidepresivos, antiinflamatorios no esteroideos, inmunosupresores, antibióticos y teofilina, (Campbell y Chyka, 1992; Chyka et al., 1995; Decker et al., 1968; Toyoguchi et al., 2005; Neuvonen y Elonen, 1980). Sin embargo, no funciona con otras sustancias como etanol, ácidos y bases fuertes, hierro y litio (Decker et al., 1968).
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Los compuestos tóxicos que ingresan al cuerpo por la vía oral, y que son absorbidos en el estómago y en los intestinos, pueden seguir diversos mecanismos antes de dañar a las células de órganos y tejidos. Entre estos mecanismos están:
a) Los compuestos lipofílicos tenderán a depositarse en los tejidos grasos.
b) Los compuestos hidrofílicos permanecerán en la sangre, hasta que lleguen a una célula en la que puedan metabolizarse o reaccionar.
c) Los compuestos que sufren de ciclo enterohepático, se acumulan en el hígado. Son transportados por la bilis hacia el intestino delgado. Al llegar ahí, son reabsorbidos y transportados por la sangre hacia las células o preferentemente hacia el hígado, cerrando el ciclo. Estos compuestos son especialmente difíciles de eliminar.
En los tres casos anteriores, el tóxico requiere de cierto tiempo para llegar a la célula a la que dañará. Mientras mayor es la cantidad ingerida, mayor será el tiempo que tardarán en metabolizarse aquellas moléculas que están en exceso, respecto a la capacidad de metabólisis del cuerpo. Y dicho tiempo, que suele ser de varias horas, permitirá que el carbón activado realice una depuración que aumente las posibilidades de que el paciente sea sanado.
En el tratamiento de un paciente con intoxicación aguda, el objetivo es administrar carbón activado en polvo, en la cantidad y con la frecuencia que permita formar un flujo continuo de carbón a lo largo del tracto intestinal. En la luz intestinal, el carbón ejercerá una atracción sobre los compuestos orgánicos que circulan por el intestino.
Cuando lo que se quiere es evitar la adsorción, generalmente se aplica una única dosis de carbón. El carbón debe estar en contacto directo con el compuesto y debe administrarse lo antes posible después de que se haya producido la ingestión (Chyka y Seger, 2005). Son muchos los factores que influyen en la eficacia de la adsorción, como el tiempo transcurrido desde la ingestión, las propiedades físicas y farmacológicas de las sustancias ingeridas, el volumen y pH de los fluidos gástricos e intestinales o la presencia de alimento. La dosis óptima no se conoce pero la habitual administrada es de 1-2 g kg-1, y se pueden
En cuanto a los compuestos que sufren ciclo enterohepático, cuando éstos llegan al duodeno, transportados desde el hígado por medio de la bilis, los adsorbe e impide su reabsorción. Todo este proceso de depuración que realiza el carbón es una diálisis intestinal (Brent et al., 1999), que termina con la expulsión por las heces.
Exterior al cuerpo del paciente:
El carbón activado puede ser empleado en los procesos de hemoperfusión en casos de intoxicación grave. La hemoperfusión es un procedimiento basado en una circulación extracorpórea, en el que la sangre pasa a través de una sustancia adsorbente y se libera a la sangre de la sustancia tóxica (Ortega-Suárez et al., 1982).
El empleo del carbón activado en lugar de otros adsorbentes tiene una serie de ventajas como que es un material rígido que no se hincha en agua u otros disolventes, es fácil mantener estable el flujo de un fluido biológico pasando a través de una columna empaquetada con gránulos de carbón activado y es químicamente inerte en comparación con otros polímeros ya que no contiene ningún plastificante, catalizador o monómero que pueda pasar a la corriente sanguínea (Mikhalovsky, 2003). Se ha demostrado su eficacia con muchos fármacos tales como: fenitoína (Kawasaki et al., 2000), teofilina (Gallagher et al., 1987), carbamazepina (Martín-Echevarría et al., 2006) y acetaminofén (Winchester et al., 1975).
En este estudio el medicamento o fármaco a eliminar por adsorción con el carbón vegetal es el ibuprofeno. El ibuprofeno (ácido 2-[4-(2-metilpropil) fenil] propanoico) es uno de los antiinflamatorios más utilizados y está especialmente prescrito para el tratamiento de la fiebre, migraña, dolor muscular y artritis. Se estima que se sintetizan varias kilotoneladas de ibuprofeno en todo el mundo cada año (Buser et al., 1999). Habitualmente se emplea en forma de sal sódica, ya que ésta es más soluble que el ácido, que solamente tiene una solubilidad de 21 mg L-1.
De hecho, el ibuprofeno se ha detectado en concentraciones de entre 12.13 y 373.11 μg L-1 y entre 0.78 y 48.24 μg L-1 en el agua de entrada y de salida, respectivamente, de las
plantas de tratamiento de aguas residuales (Santos et al., 2007), presentando un potencial peligro para el ecosistema. En los últimos años se ha investigado exhaustivamente el uso de carbón activado para eliminar fármacos de aguas residuales y evitar así la contaminación del medio ambiente (Mestre et al., 2007; Sellaoui et al., 2015). En este trabajo se ha preferido
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estudiar además otras aplicaciones del carbón activado como adsorbente, relacionadas con la medicina y que previamente se han citado.
Se ha considerado que el ibuprofeno puede ser un buen compuesto modelo para realizar un estudio inicial de la acción de los carbones activados usados en esta tesis en casos de intoxicación, ya que posee propiedades similares a otros fármacos potencialmente más peligrosos: tamaño de molécula medio, carácter de ácido débil, presencia de electrones π al poseer un anillo aromático y además ser un compuesto de fácil acceso.