Estudio de las interacciones fisioquímicas entre hidrogeles e iones de calciio: un acercamiento a su uso en el tratamiento de los cálculos urinarios

Abstract

Se estudiaron diferentes formulaciones de hidrogeles (HG) de poliacrilamida, poli(acrilamida-co-ácido acrílico), poli(acrilamida-co-ácido maleico), poli(acrilamida co-ácido itacónico) e hidrogeles semi-interpenetrados de poliacrilamida/quitosano y poliacrilamida/polihidroxibutirato con el fin de evaluar sus interacciones moleculares con iones de calcio (Ca2+) en solución, derivados del oxalato de calcio (CaC2O4), uno de los constituyentes más comunes encontrado en cálculos urinarios. Los HG fueron caracterizados mediante estudios cinéticos de absorción de agua, espectroscopia infrarroja con trasformada de Fourier (FTIR) y microscopía óptica (MO), donde se determinó la capacidad de absorción de agua y las constantes cinéticas de hinchamiento, así como los grupos funcionales presentes en las diferentes formulaciones y la morfología de los HG, respectivamente. En el caso de los sistemas HG-Ca2+ se determinó, mediante las variaciones en la capacidad de absorción de agua (%H) y de calcio (qe), al igual que las variaciones en los espectros infrarrojo, que las formulaciones de hidrogeles que tenían en su estructura grupos carboxilo formaron grupos carboxilato producto de la interacción, tipo iónica, con el Ca2+ en solución. También se identificaron tres muestras de cálculos urinarios mediante análisis morfoconstitucional, donde uno de ellos estaba constituido por un 70 % de oxalato de calcio monohidratado (COM). Este cálculo fue disuelto y empleado para la formación del sistema HG-Cálculo, donde el HG empleado fue el de poli(acrilamida-co-ácido itacónico). Mediante espectroscopia FTIR se evidenciaron las bandas correspondientes a la interacción de los grupos carboxilato con el calcio del cálculo, así como también bandas correspondientes con el anión oxalato lo que sugirió que el oxalato de calcio se depositó en la matriz del polímero. A fin de obtener una mejor comprensión de las interacciones que ocurren entre los grupos funcionales de los HG y los cationes de Ca2+ en solución, se empleó modelaje computacional, el cual se realizó mediante el paquete computacional Gaussian 09W, usando la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), con el conjunto funcional-base B3LYP/6-31++G(d,p) en fase condensada, con agua como solvente, implementado el modelo de polarización continua (CPCM). Donde se confirmaron las interacciones propuestas en los sistemas HG-Ca2+, a partir de la correlación entre los espectros infrarrojo calculados y las energías de interacción de los sistemas dímeros-calcio con las observaciones experimentales.