biodisponibilité

I- Introduction :

La notion de biodisponibilité a été introduite suite à l’observation d’accidents toxiques dus à des surdosages ou thérapeutiques attribués à des sous-dosages. En effet pendant plusieurs siècle, Médecins et pharmaciens ont prescrit et délivré des médicaments en prétendant que la dose de médicament qui est indiquée sur l’étiquette correspond systématiquement a celle qui est reçue par l’organisme. Ces accidents ont montré que la libération et l’absorption du principe actif à partir d’un médicament pouvaient être différentes à la fois chez le même sujet, dans la même journée, et dans une grande population. D’où l’introduction de la notion de la bioéquivalence.

► Définition de la biodisponibilité :

La biodisponibilité correspond à la fois à la quantité relative de principe actif absorbé à partir d’une forme pharmaceutique qui atteint la circulation générale et à la vitesse à laquelle se produit ce phénomène.

► Motivations d’une étude de biodisponibilité :

· Formulation d’un nouveau médicament.

· Modification de la quantité de principe actif dans le médicament.

· Changement de voie d’administration.[1]

· Fabrication d’une nouvelle forme pharmaceutique.

· Modification de la posologie.

· Etude de la variabilité des lots de fabrication.

· Etude de l’influence des facteurs physiologiques (age, sexe….).

· Etude de l’influence des facteurs pathologiques (affections rénales, hépatiques…).

· Etude de l’interaction entre deux ou plusieurs médicaments.



II- Evolution du principe actif dans l’organisme :




II.1.2- Dissolution :

Pour traverser les membranes biologiques ou pour être absorbé le principe actif doit être dispersé à l’état moléculaire en milieu aqueux au site d’absorption. Cette mise en solution constitue l’étape de la dissolution qui est préalable à l’étape de l’absorption.

La dissolution peut être exprimée par l’équation de Noyes-Withney :




Dc/dt=K S (Cs-Ct)






S : surface d’échange entre principe actif non dissous et le solvant.

Cs : concentration du principe actif dans la couche de solvant entourant le principe actif non dissous (pratiquement égale à la concentration à saturation).

Ct : concentration du principe actif au temps t dans le volume total de solvant.

K : constante de vitesse de dissolution.




D : coefficient de diffusion du principe actif dissous dans le solvant (variant suivant la température et la viscosité).

h : épaisseur de la couche de solvant entourant le principe actif.


D

K=

h





Facteurs susceptibles de modifier la dissolution et l’absorption :

► Taille des particules :

Une réduction de la taille des particules augmente la surface d’échange entre principe actif non dissous et le solvant et favorise la dissolution et l’absorption. Ceci a été utilisé avec profit avec la griséofulvine, dont l’absorption a été améliorée en diminuant la taille des particules. Une dose de 250 mg de griséofulvine ultramicronisée donne des taux plasmatiques supérieurs à une dose de 500 mg micronisée.

Remarque :

Il existe une taille optimale favorisant la dissolution à ne pas dépasser à fin d’éviter :

· les difficultés de mouillabilité des substances.

· La dégradation dans l’estomac des substances fragiles comme la pénicilline et l’érythromycine.

· L’amertume de certains principes actifs et les effets toxiques locaux comme l’effet ulcérogène pourraient être augmentés.




Représentation schématique de la dissolution








Membrane gastro-intestinale

► Influence de la solubilité du principe actif :

- Influence des modifications du pH :

La solubilité d’un acide ou d’une base varie beaucoup avec le pH.

Les acides et les bases sous forme non ionisée sont plus liposolubles.

La forme ionisée est généralement beaucoup plus soluble dans l’eau donc moins liposoluble.

Le pH fait varier la solubilité en diminuant ou en augmentant la forme ionisée.

Les pH extrêmes peuvent favoriser la dissolution des principes actifs mais non leur absorption et vice versa.

Il existe donc un pH optimal qui permet une dissolution et une absorption adéquates.



► Influence des modifications de l’état chimique :

· Formation de sels :

C’est la méthode de choix pour augmenter la solubilité de certains principes actifs.

· Formation d’esters :

D’une façon générale les esters retardent la dissolution pour les raisons suivantes :

- Eviter une dégradation au niveau gastrique.

- Retarder ou prolonger l’action de certains principes actifs.

- Masquer une saveur désagréable : ester de chloramphénicol.



► Influence des modifications de l’état physique :



- état cristallin ou amorphe :

Les principes actifs solides se présentent sous forme cristalline ou amorphe.

Généralement les substances amorphes sont plus solubles que les cristaux, car il faut plus d’énergie pour arracher une molécule à un réseau organisé d’un arrangement cristallin que pour l’arracher à l’assemblage inorganisé d’un état amorphe.

Ce phénomène peut être mis à profit pour augmenter ou diminuer la vitesse de dissolution et l’absorption d’une substance.



- Influence du polymorphisme :

Le polymorphisme est un phénomène par lequel un principe actif peut cristalliser en plusieurs systèmes cristallins distincts où les arrangements moléculaires sont différents de sorte que deux polymorphes d’une même substance diffèrent physiquement (point de fusion, solubilité…).

Pour une température et une pression donnée, une seule forme cristalline est stable. Les autres appelées métastables sont généralement plus solubles.

Pour des substances dont on connaît l’existence de ce phénomène, il faudra s’assurer que la conservation n’entraîne pas de variation de la forme cristalline.



- Le pseudopolymorphisme :

Propriété d’une molécule à cristalliser (passer à l’état solide) avec une quantité stoechiométrique de son solvant de cristallisation.

Pendant la cristallisation, l’eau et les molécules de solvant peuvent se combiner au principe actif dans des liaisons plus ou moins stables en donnant des solvates et si le milieu est aqueux des hydrates. Les propriétés physiques de ces produits peuvent être très différentes de celle de la forme anhydre.













II.1- Phase pharmacocinétique :

Cette phase correspond au devenir in vivo du principe actif.




II.1.1- Absorption des médicaments :



a)- absorption gastrique :

A jeun, le pH moyen se situe au tour de 1,5. La plupart des médicaments faiblement acides sont volontiers absorbés dans l’estomac car s’y trouvent sous forme non ionisée.

Exemple :

L’acide acétyl salicylique à pH 1,5 existe à 99% sous forme non ionisée, liposoluble capable de ce fait de traverser la muqueuse gastrique.

Inversement l’absorption des bases faibles est assez réduite dans l’estomac.

b)- l’intestin grêle :

Pour la très grande majorité des médicaments, l’intestin grêle est l’endroit où l’absorption est la meilleure, en raison :

De l’importance de la surface de ce dernier (longueur, replis, villosités) par rapport à celle de l’estomac.
Du débit sanguin élevé.
De la présence des sels biliaires et des phospholipides qui sont des surfactifs qui peuvent favoriser l’absorption des médicaments par exemple par diminution de la tension interfaciale granule/liquide intestinal et donc augmentent la surface de contact solide-liquide ce qui accélère la dissolution.
De la présence des transporteurs.


c)-le colon :

L’absorption au niveau du colon est plus lente que dans l’intestin grêle car la surface absorbante y plus faible. Les médicaments les plus susceptibles d’être absorbés à ce niveau sont ceux qui ne se dissolvent que lentement : les formes à libération prolongée et les formes entérosolubles.

II.1.2-Distribution :

Une fois absorbés, les médicaments sont distribués dans tout l’organisme par le sang selon un mécanisme très complexe qui dépend des propriétés physicochimiques du principe actif, de leur fixation sur les tissus et de la perméabilité des membranes cellulaires.

► Liaison des médicaments aux protéines plasmatiques :

Les protéines plasmatiques ont un rôle très important dans la distribution des médicaments. Les médicaments se fixent sur les protéines plasmatiques par des liaisons réversibles et vont être transportées par celles-ci.

L’albumine est la protéine la plus importante sur le plan quantitatif : elle fixe de nombreux médicaments de façon non spécifique.

Les globulines transportent de façon spécifique un type de médicament:

Fer est transporté par la transferrine.
Cuivre est transporté par la céruléoplasmine.
Hydrocortisone et cortisones transportées par la transcortine.


La fixation des médicaments aux protéines a de nombreuses conséquences :

Elle augmente la solubilité du médicament, donc son transport dans le sang.
La partie liée au protéines est inactive, elle sert de réserve : le médicament se défixe des protéines en fonction des besoins, la fraction non liée aux protéines (fraction libre) est responsable de l’activité thérapeutique.
Ceci explique la nécessité d’administrer des doses de charge lorsqu’on débute certains traitements pour saturer les protéines en médicaments et permettre donc l’apparition de la fraction libre seule active.
Lors de l’administration de deux ou plusieurs médicaments, il peut y avoir saturation des protéines et donc augmentation des fractions libres actives de chaque médicament entraînant des effets indésirables.




Ka

P + M PM

Kd

Concentration des Concentration Concentration du

Protéines libres du médicament libre Médicament lié



II.1.3-Métabolisme :

Le métabolisme d’un médicament est un des paramètres dont peut dépendre son élimination : les différentes étapes du métabolisme conduisent à la formation de substances hydrosolubles plus facilement éliminées par les milieux aqueux qui sont urines, bile, salive, sueur…

Deux phases successives assurent le métabolisme des médicaments :

La phase I : est une étape d’oxydation des médicaments qui conduit à la formation de métabolites qui peuvent soit être éliminés directement s’ils ont atteint un degré de solubilité suffisant, soit poursuivre les processus de métabolisation par la phase II.

La phase II : est une phase de conjugaison qui aboutit à la formation de substances conjuguées, hydrosolubles et facilement éliminées par les urines ou la bile.



Il, faut noter que le métabolisme des médicaments n’aboutit pas forcément à son inactivation.

Les conséquences du métabolisme : le tableau ci-dessous résume les différentes possibilités.


Le principal organe impliqué dans le métabolisme est le foie, d’autres organes tels que l’intestin, poumon et rein ont un équipement enzymatique important mais une masse plus faible d’où un rôle quantitativement moindre.


II.1.4-Elimination :

Le principe actif dans l’organisme est éliminé sous forme inchangée ou sous forme d’un ou plusieurs métabolites généralement inactifs, ou encore sous les deux formes dans des proportions variables.

Le rein est le principal organe d’excrétion.

Autres voies d’élimination :

Le cycle entéro-hépatique :


Au cours de ce cycle, les médicaments sont excrétés dans la bile et passent dans

le tube digestif : ils peuvent y être réabsorbés s’ils ont conservé une liposolubilité

suffisante. Ce ci prolonge la durée de vie du médicament dans l’organisme.

L’élimination salivaire.
L’élimination fécale, sans résorption digestive.
L’élimination pulmonaire : les anesthésiques.
L’élimination lacrymale : atropine, iodures…
L’élimination dans le lait.
L’élimination par la peau.
III- Evaluation de la biodisponibilité :

Notion d’équivalence des médicaments : La bioéquivalence :

Deux médicaments sont dits bioéquivalents lorsqu’ils ont la même biodisponibilité, elle concerne deux formes pharmaceutiques identiques ou non destinées à la même voie d’administration ayant la même concentration maximum, le même temps maximum et la même vitesse d’absorption.

Après administration orale, la cinétique des concentrations plasmatiques d’un médicament présente un pic de concentration maximale Cmax obtenu à un temps donné correspondant au temps de concentration plasmatique maximale Tmax.

III.1- Choix des conditions expérimentales :

III.1.1- Choix des sujets :

Les sujets doivent avoir un âge voisin, un poids identique, ils doivent être de même sexe, de même race et en bonne santé (examens médicaux, contrôles biologiques), toute activité physique importante doit être proscrite.

L’évaluation de la biodisponibilité peut être réalisée chez l’animal, mais il faudra sélectionner un animal dont le métabolisme est le plus proche possible de celui de l’homme (chien, lapin…).

III.1.2- Choix des modalités d’administration :

Cette étude peut être réalisée après prise unique du médicament ou après imprégnation continue de l’organisme.

a)- Administration d’une dose unique :

Pas d’accumulation du fait de l’espacement des prises.

III.1.2- Choix des modalités d’administration :

Cette étude peut être réalisée après prise unique du médicament ou après imprégnation continue de l’organisme.

a)- Administration d’une dose unique :

Pas d’accumulation du fait de l’espacement des prises.


b)- administration répétée des médicaments :

L’administration répétée d’un médicament est plus courante que la prise unique et elle doit permettre d’éviter tous phénomènes d’accumulation pouvant conduire à l’apparition d’effets indésirables.

► Notion d’état d’équilibre ou d’état stationnaire (steady state) :

Après prises répétées de la même quantité de médicaments, on atteint un état stationnaire avec des oscillations des concentrations plasmatiques entre un C max et un C min dont il faut minimiser l’amplitude en ajustant la fréquence des prises en fonction du type de préparation galénique.



Le plateau d’équilibre est atteint lorsqu’il y’a égalité entre la quantité de médicament résorbée et la quantité éliminée entre deux administrations.

L’état d’équilibre s’établit vers la 4ème ou 5ème administration.

L’état stationnaire doit s’établir dans la zone thérapeutique.



Il dépend de :

§ La dose administrée.

§ La fraction résorbée.

§ L’intervalle de temps séparant les deux administrations.

§ La demi-vie et du volume de distribution de la substance.



La demi vie biologique est le temps nécessaire pour que la concentration plasmatique du médicament dans l'organisme diminue de 50 %.

La connaissance de la demi-vie permet de prévoir la fréquence d'administration du médicament pour obtenir la concentration plasmatique souhaitée.


III.1.3- Choix de la forme de référence :

Premier cas : médicament connu.


La forme de référence est le princeps dans le cas de l’évaluation de la biodisponibilité d’un médicament générique.

Deuxième cas : médicament nouveau.


Principe actif soluble :

Il faut formuler une solution de principe actif pouvant être administrée simultanément par voie intraveineuse et par voie orale, pour étudier la biodisponibilité absolue et la biodisponibilité relative.

Principe actif peu ou insoluble :

Il faut réaliser une suspension à administre par voie orale puis par les autres voies d’administration, pour étudier la biodisponibilité relative et choisir la voie pour laquelle la biodisponibilité est la meilleure.



Þ Notion de biodisponibilité absolue et de biodisponibilité relative :



◘ Biodisponibilité absolue :

Elle est destinée à évaluer l’intérêt d’une voie d’administration (orale, rectale…) par rapport à la voie intraveineuse qui est considérée comme référence.





AUC après administration du P.A par la voie choisie

Biodisponibilité absolue =

AUC après administration du P.A par voie I.V



La biodisponibilité absolue est par définition comprise entre 0 et 1.

On voit selon cette équation que si toute la dose administrée (par la voie choisie) est absorbée (comme en intraveineux) la biodisponibilité absolue de ce produit sera de 1.
Une biodisponibilité absolue de 0,5 pour un produit signifie que seule la moitié de la quantité administrée est retrouvée dans la circulation générale.





◘ Biodisponibilité relative :

Consiste à comparer les biodisponibilités de différentes formes galéniques (gélule, comprimé, suppositoire…) d’un même principe actif.



AUC de la forme pharmaceutique 1

Biodisponibilité relative =

AUC de la forme de référence



La biodisponibilité relative repose sur la comparaison non seulement des « AUC » mais aussi de la vitesse d’absorption.

Les produits médicamenteux peuvent être considérés comme bioéquivalents en quantité et en vitesse d'absorption si leurs courbes de concentrations plasmatiques sont superposables.



III.1.4- Choix des éléments analysés :

a)- la molécule chimique à analyser :

Le principe actif inchangé (par extraction) ou le métabolite lorsque le dosage du principe actif inchangé est impossible (rapidement éliminé), on dose le métabolite le plus important quantitativement.

b)- le milieu biologique : le sang ou l’urine.



III.2- Méthodes d’évaluation de la biodisponibilité :

L’évaluation de la biodisponibilité d’un médicament consiste à déterminer :

- la quantité totale de principe actif qui a atteint la circulation générale.

- La vitesse à laquelle le principe actif a atteint la circulation générale.



III.2.1- Détermination de la quantité totale de principe actif :

Ceci consiste à mesurer l’aire sous la courbe AUC (Area Under the Curve).

Des prélèvements sanguins sont effectués chez des sujets volontaires, puis dosage du principe actif inchangé.

L’aire sous la courbe peut être déterminée par la méthode dite des trapèzes.

On trace un trapèze entre deux points de prélèvements, il s’agit de déterminer l’aire de chaque trapèze selon la formule :





AUC = C1 + C2 (t2 - t1) + C2 + C3 (t3 - t2) + ………. Cn-1 + Cn (tn - tn-1)

2 2 2



III.2.2- Détermination de la vitesse d’absorption :

Plusieurs méthodes ont été proposées pour déterminer la vitesse d’absorption, a titre d’exemple la méthode de Cmax et Tmax ; pour cela il faut réaliser des prélèvements précoces et nombre suffisant pour bien localiser le pic (Cmax) et le faire correspondre au Tmax.



IV- Etude de la disponibilité in vitro - Essai de dissolution



IV.1-Intérêt :

Contrôler une formulation et pour expliquer le comportement biopharmaceutique en cours de :

o Préformulation : Choix du principe actif…..

o Développement : Etude comparatives entre plusieurs formes pour optimiser la formulation :

- Pour s’assurer que la libération est totale.

- Pour mesurer la vitesse à laquelle le principe actif contenu

dans la forme se dissout dans un milieu donné

o Contrôle qualité : contrôle de reproductibilité inter lots. fixation des normes de dissolution.



IV.2Appareils de détermination de la vitesse de dissolution :

Appareil à palettes tournantes.
Appareil à panier tournant.
Appareil à flux continu.




a)-Appareil à panier tournant :


Un récipient cylindrique (C) en verre borosilicaté à fond hémisphérique (1000ml).
Agitateur (A) constitué par une tige verticale à l’extrémité de laquelle est fixé un panier métallique (B).
Un bain thermostaté permettant de maintenir la température du milieu de dissolution à 37± 0,5°C.



a)-Appareil à flux continu :

o un réservoir pour le milieu de dissolution,

o une pompe qui fait remonter le milieu de dissolution à travers la cellule à flux continu,

o une cellule à flux continu en matériau transparent montée verticalement et munie d’un filtre pour la rétention des particules non dissoutes.



b)-Appareil à palettes tournantes :


Un récipient cylindrique en verre borosilicaté à fond hémisphérique (1000ml).
Agitateur composé d’une tige verticale ayant une palette fixée à son extrémité.
Un bain thermostaté permettant de maintenir la température du milieu de dissolution à 37± 0,5°C.






► Milieu de dissolution :

o Eau : si solubilité du principe actif varie peu en fonction du pH.

o Milieu gastrique artificiel puis milieu intestinal artificiel : si la solubilité du principe actif varie avec le pH, le mieux est de faire varier progressivement le pH de 1,2 à 7,5.



Milieu gastrique (pH » 1,2) Milieu intestinal (pH » 7,5)



NaCl …………………… 2g KH2PO4……………………….6,8g

HCl …..………….q.s.p….pH = 1,2 NaOH 0,1N ….q.s.p……..pH = 7,5

Eau distillée….q.s.p….1000ml Eau distillée….q.s.p……..1000ml


► Mode opératoire :



¨ Introduction du milieu de dissolution dans les récipients.

¨ Réglage de la vitesse de rotation de la palette (80-100 tours/mn).

¨ Réglage de la température 37± 0,5°C.

¨ Arrêt de l’agitation puis introduction des échantillons. Si l’échantillon a tendance à flotter, utilisez un dispositif approprié tel qu’une hélice de verre ou une hélice constituée par un fil de métal, pour servir à fixer l’échantillon en position horizontale au fond du récipient.

¨ Les prélèvements sont effectués de façon automatique à des intervalles de temps bien déterminés et sont orientés vers un spectrophotomètre « lecture des densités optiques ».

¨ Les résultats de dissolution in vitro sont exprimés en % dissous cumulé en fonction du temps, permettant de tracer des courbes.



► Interprétation des résultats de dissolution : par analyse graphique des courbes : par comparaison des profils de dissolution du produit à tester par rapport à la référence.

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