Se denominan geles a coloides transparentes; sistema de dos componentes, rico en líquido, de naturaleza semisólida. La característica común de ellos es la presencia de un tipo de estructura continua que les proporciona las propiedades de los semisólidos.

En la estabilidad de los soles liófilos, en agua, según vimos en la Parte I,  interviene otro factor además de la carga (potencial de la doble capa), se cree que ese factor puede ser la hidratación de las partículas y  que es también la causa de la elevada viscosidad de los soles liófilos. Todo mecanismo que tiende a reducir la hidratación de las partículas coloidales induce a la coagulación (fenómeno de inestabilidad).

Por distintos métodos es posible coagular un sol, especialmente un sol liófilo, obteniendo una masa semirrígida gelatinosa que incluye todo el líquido del sol; este producto obtenido se llama Gel.

Por enfriamiento, evaporación, agregado de solventes y acción de grandes cantidades de electrólitos (salazón o salting out) sobre coloides hidrofílicos, bajo determinadas condiciones,  se pude  lograr  la gelificación porque se produce una desolvatación.

·        Por enfriamiento: es el caso típico de la gelatina, se obtiene por enfriamiento del sol liófilo.  

·        Por evaporación: al reducirse la vaina de hidratación de las cadenas poliméricas se produce la gelificación.

·        Por agregado de solventes: si se agrega alcohol o acetona a un sol liófilo en el agua, el sistema se hace sensible a los electrólitos, comportándose como un sol liófobo. Esta acción se atribuye a la eliminación por el alcohol o la acetona de la capa estabilizante de moléculas de agua; la estabilidad  de las partículas no hidratadas “desnudas” depende del potencial Z, y por consiguiente los electrólitos pueden efectuar la coagulación.

·        Por electrólitos: el agregado de grandes cantidades de electrólitos (salazón o salting out) a soles liófilos provoca la coagulación o precipitación de las sustancias dispersadas. Esta coagulación se debe a la deshidratación de las partículas dispersas.

Las cadenas poliméricas de un coloide liófilo están protegidas  por vainas de moléculas de agua, que solvatan sus  grupos  funcionales; estas moléculas de agua se unen por puente de hidrógeno a los grupos hidroxilos. La envoltura de agua de hidratación impide que los segmentos de las cadenas se toquen. Los factores que disminuyen la hidratación de moléculas reducen la vaina de hidratación que separan las cadenas políméricas. Cuando la hidratación es poca, las cadenas contiguas tienden a atraerse mutuamente por fuerzas de Van der Waals.  En el proceso de formación de un Gel las partículas en el sol se unen gradualmente para formar cadenas cortas y filamentosas (todo este proceso es totalmente dinámico), se entrecruzan, se entrelazan,  de modo que la viscosidad del sistema aumenta, llegando finalmente a un estado semisólido, semirrígido gelatinoso. Parte del medio dispersante puede existir como agua de hidratación de las cadenas de partículas, pero se supone que la mayor parte es retenida entre los filamentos por fuerzas de capilaridad, y se obtiene de esta forma un Gel a partir de un sol. La gelificación va a depender de la temperatura, la concentración y del peso molecular de la sustancia gelificante. 

Geles y jaleas: Definición Farmacotécnica

Los geles son formas farmacéuticas de consistencia semirrígida, generalmente no tienen aceites grasos, destinados a aplicarse sobre las membranas mucosas, no tienen poder de penetración, por eso se utilizan para ejercer acción tópica (de superficie).

Ventajas y desventajas de los geles

Ventajas

·        Son bien tolerados

·        Fácilmente lavables

·        Producen frescor

    Desventajas

·        Incompatibilidad con numerosos principios activos

·        Tendencia a la desecación

·        Bajo poder de penetración (indicados para tratamientos superficiales)

Las jaleas son una clase de geles cuya matriz coherente estructural mantiene una gran proporción de líquido, por lo general agua. Difieren de los mucílagos en su consistencia.

Usos de las jaleas: se utilizan como lubricantes para guantes quirúrgicos, catéteres y termómetros rectales.

Mecanismo de formación de un Gel

Los productos gelificantes se pueden agrupar del siguiente modo:

·        Polímeros que dan lugar a un gel dependiente del pH del medio.

·        Polímeros que dan lugar a un gel por sí mismo, independiente del pH del medio.

Los primeros  dan lugar a soluciones ácidas que al neutralizar con las bases adecuadas, aumentan la viscosidad y disminuyen la turbidez del medio. El mecanismo por el cual se forma el gel es el siguiente: a bajos valores de pH, se disocia una pequeña proporción de grupos carboxílicos del polímero, formando una espiral flexible. La adición de una base produce la disociación de grupos carboxílicos, ionizándose, creando repulsión electrostática entre las regiones cargadas, expandiéndose la molécula, haciendo más rígido el sistema, gelificándolo. Se pasa de una estructura espiralada a una desenrollada o extendida, ejemplo Carbomer. Si se agrega un exceso de base puede producir una pérdida de viscosidad al neutralizarse los grupos carboxílicos. El agregado de electrólitos a estos geles, como por ejemplo cloruro de sodio, disminuye la viscosidad, ya que los grupos carboxílicos cargados se rodean de cationes metálicos, produciéndose una neutralización de cargas, impidiendo la formación de una matriz rígida. 

Los segundos no precisan ser neutralizados para la formación del gel, gelifican por sí mismo, forman puentes de hidrógeno entre el solvente y los grupos carboxílicos del polímero.

Clasificación de los  Geles 

            Podemos clasificar los geles atendiendo a diversos aspectos: 

a.      Dependiendo de su comportamiento frente al agua

·        Geles hidrófilos o hidrogeles: constituido por agua, glicerina, propilenglicol u otros líquidos hidrofílicos. Gelificados por sustancias de tipo poliméricas, goma tragacanto, almidón, derivados de la celulosa, polímeros carboxílicos o silicatos de aluminio y magnesio.

·        Geles hidrófobos o lipogeles: llamados también oleogeles.  Son geles  constituidos por parafina líquida adicionada de polietileno o por aceites grasos gelificados por anhídrido silícico coloidal o por jabones de aluminio y zinc. Los lipogeles son vehículos oleosos oclusivos, de muy diversa consistencia,  que los hace aptos para el tratamiento de dermatosis crónica, por su acción emoliente-lubricante. Estos vehículos son de elección debido a su inercia química, especialmente utilizados en los preparados oftálmicos, ya que los principios activos por sus características intrínsecas producen en el paciente un excesivo reflejo de lagrimeo, lo que lleva a un tiempo de permanencia muy corto en el lugar de aplicación. La formulación en el seno de un excipiente oleoso permite solventar este hecho.

A las bases hidrocarbonadas se les puede adicionar sustancias como ceras, lanolina, derivados de la lanolina y alcoholes grasos (cetílico y cetoestéarilico).

Merecen especial mención dentro de este tipo de preparados los denominados Plastibases (N.R.), vehículos de consistencia de gel y reología plástica obtenidos por fusión a elevada temperatura de parafina líquida y polietileno, seguida de un enfriamiento rápido. Estos preparados presentan características muy aceptables de extensibilidad y adherencia a la piel.

b.     Según el número de fases en que están constituidos 

·        Geles monofásicos: el medio líquido lo constituye una sola fase o líquidos miscibles; agua-alcohol, solución hidroalcohólica, aceite, etc.

·        Geles bifásicos: constituidos por dos fases líquidas inmiscibles, formándose una estructura transparente con propiedades de semisólido.

Clasificación de los geles bifásicos: se subdividen en dos grupos

                  --- Los TOW gels          

--- Los TAS gels

En los TOW gels el lípido se incorpora a la micela que forma el emulgente, el cual se comporta como agente solubilizante.  Los  TOW  gels son  geles  bifásicos   micelares O / W; se presentan en forma de un sistema de cristales líquidos, transparentes, y viscosos. Son sonoros o vibrantes a la percusión, también se les denomina con el nombre de ringing gels. A estos geles se les puede incorporar sustancias tanto lipo como hidrosolubles.

Esta formulación es simple en cuanto a ejecución y comprende:

◊  Uno o más emulgentes hidrófilos de elevado HLB, capaz de formar  micelas.

◊  Un cosolvente que facilita la micelación del líquido.

◊  Un lípido fluido.

◊  Agua.

Los TAS gels son geles transparentes basados en emulsiones de siliconas W / S  (agua / silicona). Se consideran como una crema transparente de agua en siliconas, de gran aplicación cosmética.

Modus operandi: Mezclar la fase acuosa sobre la fase oleosa lentamente y con agitación. Se elaboran en frío.

A esta formulación pueden incorporarse diversas sustancias como clorhidrato de aluminio, filtros solares. Se aplican cuando hay que formular geles hidrorrepelentes.

c.      Clasificación de los geles por su viscosidad

    ― Geles fluidos

    ― Geles semisólidos

    ― Geles sólidos (formulación de los sticks desodorantes y colonias sólidas)

d.      Clasificación de los geles por su estructura  

Pueden ser geles  elásticos y no elásticos.

·        Geles elásticos

Un gel típico elástico es el de gelatina, se obtiene por enfriamiento del  sol liófilo que resulta cuando se calienta esta sustancia con agua. Otros soles dan geles elásticos, por ejemplo: agar, almidón, pectina, siempre que no sean demasiado diluidos. El gel elástico por hidratación se regenera. Cuando un  gel elástico ha tomado mucho  líquido, por ejemplo agua, de la fase vapor,  todavía puede adsorber cantidades considerables cuando se lo coloca en el líquido, aumentando  notablemente el volumen del gel; este fenómeno se llama imbibición o hinchamiento o sweeling. 

 El pasaje  de  GEL  a  SOL  y de SOL a GEL es gradual para los geles elásticos.

            Imbibición y Sinéresis

Imbibición: es la capacidad de adsorber líquido. El disolvente penetra en la matriz del gel y aumenta su volumen.

Sinéresis: el líquido intersticial es expulsado quedando en la superficie del gel y el sistema se contrae.

·        Geles no elástico

El gel no elástico más conocido es el del ácido silícico o gel de sílice. Se obtiene

mezclando soluciones de silicato de sodio con ácido clorhídrico en concentraciones apropiadas. Un gel no elástico (sílice)  se hace vítreo  o se pulveriza y pierde su elasticidad por secado. Los geles no elásticos no tienen imbibición o hinchamiento, pueden tomar líquido sin cambio de volumen. 

e.      Clasificación en función del origen y / o naturaleza de los polímeros ( Ver cuadro de Agentes Espesantes en Coloides Hidrofílicos. Parte I Dispersiones Coloidales. Coloides)

f.         En función de la naturaleza de la fase interna

Inorgánicos:

·        como el magma de bentonita

Orgánicos:

·        Naturales: como la goma arábiga y la gelatina

·        Sintéticos: como la carboximetílcelulosa sódica e hidroxipropílcelulosa

g.      Clasificación según su estructura química

                               POLÍMEROS GELIFICANTES SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS                    

                           ELECTROQUÍMICAS, REOLÓGICAS, SOLUBILIDAD  Y VISCOSIDAD

El término gel es amplio e incluye semisólidos de diversas características. La USP los define como semisólidos, que pueden ser suspensiones de pequeñas partículas inorgánicas, o grandes moléculas orgánicas interpenetradas por un líquido. Si las partículas son inorgánicas, constituyen un sistema de dos fases, una suspensión. En los geles formados por moléculas orgánicas, las macromoléculas están disueltas, formando cadenas flexibles arrolladas aleatoriamente. A nivel macromolecular, constituyen una única fase, pero debido a su gran tamaño, se consideran sistemas de dos fases: el polímero coloidal y el disolvente.

Elaboración de Geles

            La elaboración de geles no implica dificultad alguna, sin embargo según el dispositivo empleado puede incorporarse aire con facilidad perdiendo en gran medida la transparencia.

En la oficina  de farmacia su preparación requiere tiempo para la imbibición del polímero gelificante. Si se trabaja con un turbo agitador este tiempo es breve y la incorporación de aire mínima. En la industria se trabaja en recipientes al vacío o mediante desaireación posterior.

Formulación de Geles

Se debe tener en cuenta las características fisicoquímicas y farmacológicas del principio activo, a los que estará supeditado el vehículo excipiente.

Los módulos a considerar en la formulación de un gel  son:

―  Líquido a gelificar

           --- Polímero gelificante

― Base neutralizante o acidificante en el caso que la gelificación dependa del pH

Incorporación del principio activo

La incorporación del principio activo por lo general, se efectúa por disolución en el medio líquido, previamente a la incorporación de la base gelificante.

Cuando por las características del principio activo no permitan incorporarlo inicialmente, se añade sobre el gel, una vez obtenido, mediante agitación.

      Incorporación de principios activos insolubles en agua:

·        Disolver en un medio hidroalcohólico y posteriormente gelificar.

·        Elaborar el gel en agua y añadir el principio activo disuelto en el alcohol, considerando el grado alcohólico final para evitar la coagulación del polímero.

Las sustancias ácidas deben ser previamente neutralizadas para ser incorporadas a un  gel de Carbomer para que no pierda su viscosidad.

Incorporación de principios activos solubles sólo en aceite:

Se solubiliza el principio activo en aceite y se añade al gel, ya que los geles acuosos, de elevada viscosidad, lo admiten a concentraciones moderadas, dispersándose en el gel formando emulsiones libres o privadas de emulgente, donde el polímero gelificante actúa como coloide protector.

Ensayo de Geles 

Para geles medicamentosos se realizan ensayos de identificación y valoración del principio activo. Los ensayos más importantes  en geles son los    estudios     reológicos

 (determinación de la viscosidad a distintas fuerzas de corte), es un parámetro muy importante, se evalúa la viscosidad con viscosímetros adecuados y luego se realizan los reogramas.

Estabilidad de Geles

Los factores desencadenantes de la inestabilidad de un gel son: temperatura, cambios de pH, agitación violenta y electrólitos.

Los geles con el tiempo pierden su condición de tal y su estructura puede llegar a romperse. La estabilidad de un gel también depende de su correcta formulación. 

 Incompatibilidades

            En la elaboración de geles se pueden presentar incompatibilidades de la forma farmacéutica y otras específicas del polímero utilizado.

            A continuación, se dan como ejemplo algunas características de los gelificantes más usados.  

 Goma Arábiga

       Incompatibilidades

            Alcohol, adrenalina, amidopirina, bismuto, subnitrato, bórax, cresol, eugenol, sales férricas (cloruro férrico), morfina, fenol, fisostigmina (eserina), taninos, timol, silicato sódico, vainillina, subacetato de plomo y jabones. Las soluciones de goma arábiga poseen carga negativa, y pueden formar coacervatos con la gelatina y otras sustancias.

      PH

            Solución acuosa al 5% = 4.5 – 5.0

Carboximetílcelulosa (CMC)

Carboximetílcelulosa sódica (CMC- Na)

   Incompatibilidades

            Las dispersiones son incompatibles con ácidos fuertes y sales solubles de hierro, aluminio, mercurio y cinc.

     PH

            La solución en agua al 1% tiene un pH = 6.5 – 8.5

     Esterilización

            La esterilización del polvo seco como de las soluciones acuosas, produce un descenso de la viscosidad. La irradiación de las soluciones también provoca el mismo fenómeno. 

Metílcelulosa

    Incompatibilidades

            Clorocresol, cloruro de mercurio, fenol, resorcinol, ácido tánico, nitrato de plata, cloruro de cetilpiridinio, ácido p-hidroxibenzoico, ácido p-amino benzoico, metil p-hidroxibenzoato, propil p-hidroxibenzoato, butil p-hidroxibenzoato. Concentraciones elevadas de electrólitos incrementan la viscosidad debido al salting out de la MC. A concentraciones muy elevadas de electrólitos, la MC puede precipitar completamente formando un gel compacto.

       PH

            Las soluciones son estables en el rango pH = 2 – 12

      Temperatura

Calentada una solución de MC a 60º C,  o más, dependiendo de la concentración y de su grado de polimerización,  la solución se enturbia y precipita. Este precipitado por lo general se redisuelve al enfriar.

Hidroxietilcelulosa

       PH

            En solución acuosa al 1% = 6.0 – 8.5

       Estabilidad

            Variaciones de pH de 2 – 12 tienen incidencia en la viscosidad de sus soluciones.

Carbopol ® ( Carbomer )

        Incompatibilidades

            Es incompatible con fenol, polímeros catiónicos, ácidos fuertes y electrólitos a elevada concentración.

        pH

            Solución al 1% = 3 aproximadamente

        Estabilidad

            Las dispersiones mantienen su viscosidad durante largos períodos de tiempo a temperatura ambiente o a elevadas temperaturas si están protegidas de la luz o con adición de un antioxidante.

Gelatina

         pH

            En  solución acuosa 1%  a 25º C = 3.8 – 7.4

         Estabilidad

            Puede despolimerizarse lentamente en soluciones acuosas a temperatura próxima 50º C.      

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