2 BIOFARMACEUTISCHE PRINCIPES EN ANATO-
MIE/FYSIOLOGIE MAAG-DARM KANAAL
De rol van de toedieningsvorm is velerlei..
• Maakt farmacon hanteerbaar en toedienbaar (te weinig stof om te ‘pakken’, vaak
ook moeilijk oplosbaar)
• Kan toedieningsgemak vergroten (bv ‘sustained/slow release’, minder toedieningen
vergroot therapietrouw)
• Kan slechte smaak verbergen
• Kan voortijdige afbraak voorkomen (‘delayed release’, geen afgifte voordat dunne
darm is bereikt)
• Kan maag beschermen (‘delayed release’, bv. ‘enteric coating’)
• Prettig alternatief voor injectie (bv zetpil, sublinguaal, geen ‘first pass effect’)
Vormen Wegen Systemisch/lokaal
(Intra)oculair Oog L
Nasaal Neus L+S
Oraal Mond S
Buccaal Wang S
Sublinguaal Onder de tong S
Pulmonaal Mond Inhalatie L (+S)
Auriculair Oor L
Intrathecaal Ruggenmerg L
Vaginaal Vagina L+S
Rectaal Anus L+S
Parentaal Door het bloed Subcutaan (in het vet), in- S
traveneus (in het bloed-
vat), intramusculair (in de
spierlaag)
Cutaan Huid L
Dermaal Huid L
Transder- Huid Pleister L
maal
, • Farmaceutische Beschikbaarheid (FB): Fractie van de dosis van het farma-
con die in een voor absorptie geschikte vorm (opgelost!) uit een toedienings-
vorm vrijkomt
o Meeste absorptie vindt plaats in de dunne darm (heeft een groot opper-
vlakte en lange verblijftijd door microvilli, villi en kercckring plooien)
• Biologische Beschikbaarheid (BB): Fractie van de dosis van het farmacon
die onveranderd in de algemene circulatie (voorbij het poortaderstelsel en de
lever) verschijnt
o Mate van absorptie (BB: AUC)
o Absorptiesnelheid is belangrijk
o Na first-pass effect
o Dus: absolute BB is de systemische beschikbaarheid na toediening
t.o.v. een IV-toediening van dezelfde verbinding
o Absolute BB na IV-toediening: 100% (F=1)
&'()*++, 0
o 𝐹"#$ = ∗ -.
&'(-. 0)*++,
• BB = FB-verlies
• Verliesposten:
1. first-pass effect (bv-nitroglycerine: omzeiling door IV, sublinguale, trans-
dermale, rectale toediening)
2. ontleding in mdk (bv lage pH maag, enzymen)
3. chemische reacties (bv complexvorming tetracyclines met Ca2+ ionen
(melk))
Lokale toediening
• Het beste: toedienen op de plaats waar effect moet optreden
- sterke en snelle werking
- bijwerkingen afwezig/minimaal
• Maar dit kan lang niet altijd: veel plaatsen niet direct bereikbaar
- dan transport via bloed, ‘systemisch effect’
,Orale toediening - route van voorkeur
• voordelen
- eenvoudig en pijnloos in te nemen/ toe te dienen
- gemakkelijk
- zelfstandig
- bijstelbaar
- goedkoop
- hoeft niet steriel te zijn
- snelle productie van grote hoeveelheden
- afgifte te beïnvloeden
• nadelen
- farmacon onvoldoende of te langzaam opgenomen (geabsorbeerd)
- farmacon afgebroken in maagdarmkanaal (mdk)
- Patiënt-gerelateerde factoren: bewusteloos, weigert medewerking, mdk
functioneert niet, kan niet slikken
De 3 fasen na orale toediening
• Farmaceutische fase
- uiteenvallen (desintegratie),
- bevochtiging poederdeeltjes,
- oplossen
• Farmacokinetische fase
- opname in bloed (absorptie),
- verdeling,
- eliminatie
• Farmacodynamische fase
- receptor interactie
• een suspensie is een vloeistof met daarin niet opgeloste vaste stofdeeltjes
• een oplossing is een vloeistof waarin de deeltjes vaste stof uit elkaar vallen tot
het moleculair niveau
,Parenterale toediening (via bloedvaten of spieren, om mdk te omzeilen)
• voordelen:
- direct en snel in het lichaam, omzeiling maagdarmkanaal
- voor systemisch effect (via bloed)
• nadelen:
- onaangenaam (pijn/angst),
- veelal onherroepelijk,
- infectiegevaar (steriele TV),
- kan meestal niet thuis/kostbaar
1. intraveneuze toediening
- geen absorptiefase
- snelle werking (wel vaak kort)
- maximale beschikbaarheid
2. intramusculair
- met absorptiefase
Factors Affecting Pharmaceutical Availability
• Physicochemical properties drug/excipients (examples)
1. Charge (pKa), lipophilicity (logP)
2. Solubility (see ‘Cs’ in Noyes Whitney equation)
3. Particle size (see ‘S’ in Noyes-Whitney equation)
4. Polymorphism (amorph gives better dissolution than crystalline: example Zn-insu-
lin complexes with different duration of action)
5. Excipients not always ‘inert’: viscosity-enhancing excipients (‘D’ in Noyes-Whitney
equation), surface-active excipients (wetting)
• Physiological factors (examples)
1. Volume GI tract parts in which dissolution should occur: affects ‘C’ in Noyes-Whit-
ney (empty stomach 30-60 mL, full stomach 400-1500 mL, rectum 3 mL)
2. Viscosity GI tract contents: affects ‘D’ in Noyes-Whitney (e.g. presence of food)
3. pH: charged molecules (pKa!) dissolve more quickly (pH empty stomach 1-3, full
stomach 3-6)
Noyes-Whitney vergelijking beschrijft het oplosproces
dQ/dt = k D S (Cs-C)/L
Bij moeilijk oplosbare stoffen: microniseren
k: oplossnelheidconstante
D: diffusiecoëfficiënt
S: specifiek oppervlak (opp. vlak/gram stof)
Cs: verzadigingsconcentratie aan oppervlak deeltje (oplosbaarheid)
,3 DIFFUSIE, OPLOSSNELHEID EN BEVOCHTIGING
De 3 fasen na orale toediening
• Farmaceutische fase
- Uiteenvallen (desintegratie),
o vaak heeft het vulmiddel een desintegrerend effect
- bevochtiging poederdeeltjes,
o Voor een polair oppervlak (bijvoorbeeld schoon glas) is de bevochti-
ging goed (contacthoek klein; meestal < 90°).
o Voor een apolair oppervlak (teflon; ‘vet’ glas, veel slecht oplosbare
poeders) is de bevochtiging slecht (contacthoek groot; meestal > 90°).
o Surfactant toevoegen, kan tevens ook de oplosbaarheid van de stof
verbeteren, waardoor je gemakkelijker sink condities hebt
o Amorfe stoffen bevochtigen sneller dan kristallijn
- oplossen
o oplossnelheid van poeder of tablet
o Noyes-Whitney vergelijking:
dM 0∗1∗((3 4(*)
o = waarbij Cs = concen-
dt 6
tratie op het oppervlak (=max. op-
losbaarheid), Cr = concentratie in de
“bulk” en D/h=k (oplossnelheidcon-
stante)
o onder sink condities (als Cr << Cs):
dM
=k*S*Cs
dt
o 𝑆 = 4𝜋𝑟 <
• Farmacokinetische fase
- opname in bloed (absorptie),
o Passieve diffusie (2a)
• Een stof die zich aan één zijde van de
membraan bevindt, en aan de andere kant
niet of in verwaarloosbare concentratie,
kan door diffusie door de membraan gaan,
op voorwaarde dat deze stof wel in de
membraan kan doordringen. Passieve dif-
fusie door een lipofiele membraan kan be-
schreven worden met de eerste diffusiewet
van Fick. Volgens deze wet wordt de snel-
heid waarmee een farmacon op de plaats
van opname in de bloedbaan verschijnt, in
vereenvoudigde vorm beschreven met:
• dm/dt = D * P * (O / d) * ΔC
o waarin dm/dt = getransporteerde hoeveel-
heid stof is per tijdseenheid, D=diffusieco-
efficiënt, P=verdelingscoëfficiënt van de Diverse mechanismen voor transport van stoffen
stof tussen de membraan en de waterfase, door biologische membranen.
O=oppervlak van de membraan, d=dikte 1 paracellulair transport door waterkanalen,
2a transcellulair transport op basis van diffusie,
van de membraan, en ΔC=concen-
2b carriergemedieerd transport met behulp van
tratieverschil van de stof in de waterfasen membraaneiwitten,
aan beide kanten van het membraan. 2c pinocytose,
3 efflux door P-glycoproteïne.
, • Hogere concentratie à snellere opname
• Grotere oppervlakte à meer transport
o Facilitated diffusie
- Kost geen energie
- Treedt verzadiging op bij hoge concentratie
o Actief transport
- Kost energie
- Treedt verzadiging op bij hoge concentratie
Gemiddelde verplaatsing (x) van moleculen in opgeloste toestand
Er geldt: 𝑥 = 2𝐷𝑡 met 𝑥 in m, D=diffusie coëfficiënt in cm2/s en t=tijd in s):
Flux (J)
De hoeveelheid materiaal (M) die op een bepaald moment per tijdseenheid (t)
stroomt door een oppervlak (S):
dM AB"C CEF
J= eenheid D of D
S*dt C ∗$ C ∗$
Eerste wet van Ficke:
dc
J= -D* met J = flux, D=diffusie coëfficiënt in m2/s, dc/dx=helling concentratiegradi-
dx
ent vs. afstand
o D hangt af van:
- grootte en vorm van het molecuul
- temperatuur
- oplosmiddel à viscositeit
Voor colloïdale deeltjes (b.v. eiwit in water) geldt:
GH
𝐷= met D = diffusie coëfficiënt, R = gascon-
IJKBL
stante, T = Temperatuur, h = viscositeit v.h. medium,
r = straal van het deeltje, N = getal van Avogadro
dM dc dM dc dM dc
dus: J= en J= -D* → = -D* → = -D*S*
S*dt dx S*dt dx dt dx
geeft diffusiesnelheid weer
steady state:
• Stof transport leidt tot concentratie veranderingen in
de tijd (dc/dt)
• Echter, op een klein tijdsinterval (dt) bezien is de ver-
andering in concentratie gering (dc/dt ≈ 0)
( 4(
• Consequentie: dc/dx = * N = constant
6
, dM (* 4(N
• Dus = -D*S* : = constant
dt 6
• Wanneer je de hoeveelheid M wil uitrekenen
C -C
moet je integreren →M=D*S* r d *t → rechte lijn
h
Bijzondere situaties bij diffusie over een membraan:
1. Verdelingsevenwicht in het membraan
• Afhankelijk van de logP van de stof bevindt de stof zich wel of niet liever in het
membraan
• Affiniteit met het membraan: con-
centratiegradient is afhankelijk
van verdeling coëfficiënt
- K = verdeling coëfficiënt;
C1=K*Cd en C2=K*Cr
OP 0∗1∗R∗((* 4(N )
- Geeft: = →
OQ 6
D, K en h zijn afhankelijk
van het membraan
- P = permeabiliteit =
0∗R CD ∗$ ST
= 𝑚 ∗ 𝑠 4W
6 C
OP
- Geeft: = 𝑃 ∗ 𝑆 ∗ (𝐶O −
OQ
𝐶B )
2. “sink” condities
§ wanneer Cr=0 of Cr << Cd waardoor Cr te verwaarlozen is
OP 0∗1∗R∗(N
§ dan: = → 𝑃 ∗ 𝑆 ∗ 𝐶O of M=P*S*Cd *t
OQ 6
3. Vertragingstijd
6D
§ Steady state treedt later in, dus M=P*S*Cd *(t-𝑡W ) waarbij t1 = lag time =
I0
- verdeling,
- eliminatie
• Farmacodynamische fase
- receptor interactie
De meeste oraal toegediende farmaca worden door middel van diffusie door de
darmwand opgenomen in het bloed om zo de plaats van werking te kunnen berei-
ken. Om te kunnen diffunderen moet de werkzame stof eerst vrijkomen uit de toedie-
ningsvorm en oplossen in het darmvocht. Of en hoe snel een werkzame stof vrijkomt
uit een toedieningsvorm en oplost kan op verschillende manieren getest worden.
, 4 VERDELING EN VERDELINGSEVENWICHTEN, PH
PARTITIE
Welke factoren spelen een rol bij het verdelingsevenwicht?
• Polaire en apolaire groepen farmacon
• Polariteit extracellulaire fase
• Polariteit membraan (lipidenlaag)
• Chemical potential
Verdelingscoëfficiënt/partition coëfficiënt
• Stof S verdeelt zich over twee vloeistoffasen
•
S org ()
• in evenwicht geldt: 𝐾 = P= =
S aq (\
•
zuren en basen
