Estudio in silico del transporte y deposición de partículas en el interior de una aerocámara utilizada en la farmacoterapia de enfermedades respiratorias

YAMILA L. DE CHARRAS; MARÍA V. RAMÍREZ RIGO; DIEGO E. BERTIN

Guatemala

Simposio; SIMPOSIO IBEROAMERICANO COIFFA 2020: ESCENARIOS DE FORMACIÓN Y CAPACITACIÓN FARMACÉUTICA, EN EL SECTOR PRODUCTIVO Y DE SERVICIOS, ANTE LA NUEVA REALIDAD; 2020

COIFFA

Los trabajos en la literatura que estudian la retención de partículas en diferentes aerocámaras son escasos. Además, en su mayoría son cuantificaciones generales in vitro y no hay prácticamente estudios in silico de cómo varía la deposición de partículas en diferentes zonas de la aerocámara. Más aún, tampoco se analiza la influencia de la válvula en la capacidad de retener partículas. El objetivo de este trabajo es analizar el proceso de transporte y deposición de partículas en el interior de la aerocámara disponible en terapéutica mediante simulación computacional. Se estudiará el flujo de aire y de las partículas de una formulación farmacéutica (salbutamol) en el interior del dispositivo para comprender la influencia de la geometría y el diseño de válvula en los procesos mencionados y evaluar la capacidad de un modelo fenomenológico para describir la performance de la VHC. Para ello, se aplica un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) que simula el movimiento de las partículas y el fluido y predice el transporte y la deposición superficial del fármaco. Se seleccionó una aerocámara disponible a nivel global (AeroChamber Plus, Trudell Medical International, Canadá). Las simulaciones requirieron realizar cuatro etapas básicas, utilizando el software ANSYS Fluent 19.0: a) generar un dominio computacional: se construyó un modelo tridimensional, dibujo CAD, considerando que la válvula se encuentra en posición completamente abierta; b) mallar la geometría creada (i.e., discretizar el dominio): debido a que la geometría presenta simetría longitudinal, únicamente se discretizó un cuarto del dominio para reducir el esfuerzo computacional; c) seleccionar las ecuaciones de transporte y los balances de masa y de cantidad de movimiento, relaciones constitutivas, propiedades físicas, condiciones de borde y algoritmos de cálculo, entre otros, que conforman el modelo matemático de la aerocámara; y d) realizar la simulación propiamente dicha y procesar los resultados obtenidos. Las simulaciones proveyeron trayectorias, velocidades y tiempos de residencia de la dosis liberada, la cantidad de partículas cuya trayectoria alcanza las paredes internas de la aerocámara y la fracción de fármaco que abandona la aerocámara y es inhalada por el paciente. Para el rango completo de partículas respirables (entre 1 y 5 micras) más del 50% de las partículas constituyen la fracción emitida del aerosol de la aerocámara, lo cual es un indicador de la buena performance de este dispositivo para la administración de medicamentos inhalables. Es importante destacar que, debido a que no se están considerando efectos electrostáticos, la deposición de las partículas pequeñas puede ser mayor a la predicha por el modelo. Las zonas de recirculación formadas en la región de entrada dirigen las trayectorias de las partículas hacia las paredes de la aerocámara. Por esta razón, la deposición de las partículas comienza a aumentar a partir de los 7 cm de longitud axial. Aún así, la máxima deposición se observa en la zona posterior a la válvula. Trabajos futuros estarán orientados a estudiar la influencia de la apertura de la válvula de la aerocámara en el porcentaje y posición de retención de las partículas.