UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FARMACOGNOSIA. Profesor Edison Javier Osorio Durango. QF., MSc., PhD. Facultad de Química Farmacéutica. Universidad de Antioquia.

Marzo de 2014

1. INTRODUCCIÓN 1.1. Definición de Farmacognosia El nombre farmacognosia se deriva del griego Pharmakon, que significa droga, y Gignosco, que significa adquirir el conocimiento de algo (Kinghorn, 2001). Por lo tanto, la farmacognosia es la ciencia farmacéutica que se ocupa del estudio de las drogas y las sustancias medicamentosas de origen natural, bien sea este vegetal, microbiano (hongos, bacterias) y/o animal. El término ha evolucionado con el pasar del tiempo, así la farmacognosia fue definida por primera vez, en 1815, como una disciplina farmacéutica con la siguiente definición: “se refiere a la ciencia que tiene la tarea de aprender todo acerca de las drogas de origen vegetal o animal en todos los aspectos, excepto los efectos fisiológicos, para describirlas correctamente y bajo una visión general conectando este conocimiento” (Verporte, 2000). Posteriormente, nuevos conceptos en torno a la transición de la farmacognosia desde una disciplina botánica descriptiva, hasta una más centrada en aspectos químicos, acorde con la evolución de las ciencias, permitieron incorporar en la farmacognosia contemporánea, elementos de química analítica y orgánica, así como de biología y biotecnología, temas de investigación y descubrimiento de fármacos de origen natural a partir de fuentes terrestres y marinas, caracterización química de los constituyentes biológicamente activos de las drogas y el establecimiento de la seguridad y eficacia de las plantas medicinales utilizadas en fitoterapia (Kinghorn, 2001; 2002; Verporte, 2000). En este texto, la farmacognosia se definirá como la ciencia farmacéutica que estudia las fuentes naturales de materia prima de interés farmacéutico, concentrandose tanto en sustancias con propiedades terapéuticas como sustancias tóxicas, excipientes u otras sustancias de interés farmacéutico, aunque su uso sea básicamente tecnológico y no terapéutico (por ejemplo, la celulosa, el almidón, entre otros). En general, se tratarán aspectos botánicos, químicos y biológicos de las drogas, destinadas bien sea al aislamiento de los constituyentes bioactivos para la preparación de medicamentos, o a la elaboración de productos fitoterapéuticos y cosméticos. 1.2. Farmacognosia, una ciencia antigua y vanguardista La farmacognosia es quizás la más antigua de las ciencias médicas, ya que los primeros humanos determinaron empíricamente los posibles usos de las plantas que los rodeaban. A través de pruebas de ensayo y error, encontraron plantas que eran agradables o desagradables, comestibles o venenosas, que podían curar o matar, inducir el sueño, provocar visiones o euforia, y aliviar los síntomas o molestias del estreñimiento o la ansiedad. Las plantas con fuertes sabores y aromas (plantas aromáticas y condimentarías) fueron aprovechadas para aliviar síntomas de enfermedades y mejorar la alimentación. El descubrimiento prehistórico que ciertas plantas eran comestibles o tenían poderes curativos y otras eran no comestibles y causaban daño, es el origen de los profesionales médicos y botánicos, así como de las ciencias de las plantas, la botánica y la horticultura (Janick, 2003). En un comienzo, las artes médicas se asociaron con la búsqueda y el conocimiento

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de las sustancias curativas así como con la magia y la religión. Para comprender lo desconocido, los humanos crearon una serie de dioses, espíritus y fuerzas, muchos de los cuales estaban asociados con la forma de animales y plantas, que han sido y siguen siendo adorados (Janick, 2003). De esta forma las plantas, en particular, formaron la base de sistemas sofisticados de medicina tradicional. Los registros más antiguos, que datan de alrededor de 2600 aC., documentan los usos de aproximadamente 1.000 sustancias derivadas de plantas en Mesopotamia (Borchardt, 2002). Estos incluyen aceites de especies de Cedrus (cedros) y Cupressus sempevirens (ciprés), Glycyrrhiza glabra (regaliz), especies de Commiphora (mirra) y Papaver somniferum (opio o adormidera), los cuales aún se utilizan para el tratamiento de dolencias que van desde la tos y los resfriados hasta infecciones parasitarias y la inflamación. Aunque la medicina egipcia data aproximadamente desde 2900 aC., el registro más conocido es el "Papiro de Ebers" del 1500 aC., el cual documenta más de 700 drogas, en su mayoría de origen vegetal. La medicina tradicional de China también ha sido documentada ampliamente a través de los siglos, con su primer registro alrededor del 1100 aC, el “Wu Shi Er Bing Fang”, que contiene 52 prescripciones, seguido por obras como “Shennong Herbal” (~100 aC., con 365 drogas) y “Tang Herbal” (659 dC., con 850 drogas). Del mismo modo, la documentación del sistema ayurvédico de la India desde antes del año 1000 aC. (Charaka y Sushruta y Samhitas con 341 y 516 drogas respectivamente (Cragg & Newman, 2013). Los griegos y los romanos contribuyeron sustancialmente al desarrollo del uso racional de las plantas medicinales en el mundo antiguo occidental. Dioscórides, un médico griego (100 dC.), registró con precisión la recolección, almacenamiento y el uso de las plantas medicinales durante sus viajes con los ejércitos romanos a lo largo del entonces "mundo conocido", mientras que Galeno (130-200 dC.), un practicante y maestro de farmacia y medicina en Roma, es bien conocido por la utilización de plantas medicinales en sus prescripciones y fórmulas (Cragg & Newman, 2013). Los árabes, sin embargo, conservaron gran parte de la experiencia grecorromana durante la Edad Media (siglos 5th al 12th), y la expandieron al incluir el uso de sus propios recursos, y el de plantas chinas e indias desconocidas para el mundo grecorromano. Para más detalles, un documento exhaustivo de la historia de la medicina se puede encontrar en el sitio web de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM), del Instituto Nacional de Salud (NIH) de los Estados Unidos (www.nlm.nih.gov/hmd/medieval/arabic.html). Con el uso de las plantas medicinales en diversos sistemas de salud, la farmacognosia estuvo dedicada durante la última mitad del siglo 20, a ser una materia de descripción botánica con componentes en química y biología, sin embargo en los últimos años, la enseñanza en la farmacognosia tomo un nuevo interés y relevancia debido al crecimiento explosivo del uso de fitoterapéuticos en la práctica farmacéutica moderna (Kinghorn, 2001). Hoy, en pleno siglo 21, la investigación y la enseñanza de la farmacognosia se sigue con entusiasmo en las facultades de farmacia de todo el mundo, debido a que las áreas de investigación abrazadas por esta materia pueden incluir aspectos de química analítica y orgánica, el descubrimiento de compuestos bioactivos, la biotecnología, la química marina,

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la biología molecular, la fitoterapia y la estandarización de medicinas tradicionales, entre muchos otros campos (Kinghorn, 2002; Verporte, 2000). Estas nuevas áreas también requieren por supuesto, de una educación consolidada del futuro farmacéutico en el campo de la farmacognosia ya que esta debe de permanecer como una fuerte disciplina en el currículo del futuro profesional, debe ser una base fundamental para el correcto desarrollo de las áreas que se desprenden de ella, como lo son la fitoquímica, la biotecnología y la tecnología farmacéutica, representada principalmente en los productos fitoterapéuticos y cosméticos. Finalmente, podríamos establecer que la farmacognosia tiene como metas: • • •

• • •

• •

Determinar el origen sistemático de la especie (vegetal o animal), de la cual procede la droga. Establecer las características morfoanatómicas, tanto microscópicas y macroscópicas, así como las organolépticas, que permitan la caracterización de la droga. Investigar los métodos óptimos de producción de las drogas tanto a pequeña como a gran escala: cultivo, mejora, recolección, conservación, extracción de los principios activos, entre otros. Establecer la composición química de las drogas desde el punto de vista cualitativo y cuantitativo, en especial, lo que se refiere a los principios activos. Obtener extractos de las drogas que contengan los principios activos. Controlar la calidad de las drogas buscando métodos para comprobar los contenidos requeridos de principios activos, asegurando la ausencia de ciertos productos tóxicos y evitando adulteraciones y falsificaciones. Establecer las propiedades farmacológicas de las drogas, es decir, su bioactividad. Investigar nuevos principios activos que puedan constituir un punto de partida para el diseño de nuevos fármacos en el futuro. Aquí colaboran: La etnofarmacología (conocimiento tradicional), la química hemisintética (síntesis de sustancias a partir de otras conocidas) y la quimiotaxonomía (relación entre los tipos de sustancias químicas encontrados en un ser vivo y su clasificación taxonómica).

1.3. Conceptos relacionados •

• •

Planta medicinal: Cualquier especie vegetal que contiene en uno de sus órganos, o en toda la planta, los principios activos responsables de la actividad farmacológica y que se utiliza con fines terapéuticos. En ocasiones, las plantas medicinales son usadas para la obtención de sus principios activos útiles en la fabricación de medicamentos o se emplean para la obtención de prototipos en la obtención de nuevos fármacos por procesos hemi-sintéticos. Droga vegetal: Parte de la planta que contiene los principios activos y que se utiliza en terapéutica. Droga: Es todo material de origen natural, ya sea en bruto (por ejemplo, las hojas, la corteza de un árbol) u obtenido por sencillas operaciones (por ejemplo, los extractos) que contienen los principios activos responsables de la actividad farmacológica (Tabla

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• •

1). La droga está relacionada entonces con la materia prima de interés farmacéutico. Una segunda definición, que conlleva un concepto mas generalizado, interpreta la droga como toda sustancia de origen natural o sintético con efectos sobre el sistema nervioso central, utilizada con fines extra-terapéuticos, sin embargo, las sustancias definidas con esta segunda definición, no son el objeto de estudio de la farmacognosia. Principio activo: Sustancia química pura (aislada de la droga) responsable de la actividad farmacológica y del uso terapéutico que se le atribuye a la droga. Medicamento: Toda sustancia medicinal (natural o sintética) con propiedades para prevenir, tratar, curar o diagnosticar una enfermedad: se prescribe a una dosis y se ha elaborado de una forma correcta para su administración.

Tabla 1. Ejemplos de drogas y principios activos de plantas. Planta medicinal

Droga

Principio

Medicamento

activo Papaver somniferum (Sus principios están en las cápsulas). Digitalis purpurea.

Látex de cápsulas. Hojas.

Menyanthes trifoliata.

Hoja de trébol.

Taxus brevifolia.

Corteza

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las Morfina, Codeina. Digitoxina, Digoxina. Iridoides: mentiafolina. Paclitaxel.

Analgésicos. Antitusivos. Insuficiencia cardiaca. Arritmias cardíacas. Febrífugo. Taxol, y otros. Anticancerígeno.

2. TAXONOMÍA FARMACÉUTICA 2.1. Taxonomía La taxonomía es la ciencia que ayuda a la denominación de los organismos y a su correcta integración dentro del sistema existente de nomenclatura (Evans, 2002). La taxonomía vegetal ha definido una serie de agrupaciones de individuos con el nombre de taxones o taxa, los cuales incluyen un conjunto de plantas con características comunes entre si. Dichos taxones presentan una jerarquía, la cual significa que un taxón inferior esta incluido en el inmediatamente superior compartiendo caracteres comunes. Las categorías taxonómicas reconocidas por el código internacional de nomenclatura botánica (órgano que genera las reglas de la nomenclatura botánica) son 12, sin embargo las de mayor utilización son las cuales se enumeran en orden jerárquico a continuación: Reino

División

Clase

Orden

Familia

Género

Especie.

Los nombres de estas categorías taxonómicas varían mucho de acuerdo al autor y el grado de comprensión de las relaciones que presentan los diferentes grupos de plantas, pero a manera de ejemplo se presenta la clasificación taxonómica de la menta: Reino División Subdivición Clase Orden Familia Género Especie Variedades

Plantae Espermatophyta Angiospermae Dicotiledoneae Tubuliflorae Labiatae (Lamiaceae) Mentha Mentha piperita L. (Linnaeus) Mentha piperita var. officinalis, Sole.

Se debe de advertir que las categorías superiores (reino hasta familia) presentan un sufijo (en negrilla) que indica la jerarquía taxonómica del grupo referido y que, obligatoriamente, debe ser usado por el descriptor. También se debe de aclarar que el sistema de nomenclatura usado para todos los seres vivos es el propuesto por Linneo en el siglo XVIII, el cual se ha denominado binomial debido al uso de dos epítetos para nombrar una especie. Esto significa que para el caso de la menta, la especie se nombra Mentha piperita y no únicamente con el epíteto piperita. Este nombre binomial representa la unidad básica de la taxonomía y de la sistemática. Adicionalmente y según las normas nomenclaturales vigentes, toda especie al ser nombrada debe ser escrita en cursiva o subrayada con el fin de dar relevancia a los epítetos y debe ser acompañada del nombre del botánico que la ha descrito, en este caso por medio del acrónimo corto "L". Con anterioridad a Linneo (1707-1778) se conocían muchas plantas por un doble nombre latino, pero gracias a este biólogo sueco, se ha llegado a la adopción general del actual sistema binario, en el que el primer nombre se refiere al género, mientras que el segundo

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(específico) hace referencia a la especie. Según las normas de nomenclatura botánica, los nombres de los géneros se inician con la letra mayúscula, mientras todos los nombres específicos deben de escribirse con letra minúscula, aunque continua siendo correcto el empleo de mayúsculas cuando la especie refiere a una persona. Así, la especie Cinchona, que se refiere a Charles Ledger, quien trajo sus semillas del Brasil en 1865, se conoce con el nombre de Cinchona ledgeriana o Cinchona Ledgeriana. El nombre específico suele elegirse con el fin de indicar alguna característica sobresaliente de la planta. Por ejemplo, la cicuta, con su tallo manchado, se denomina Conium maculatum (maculatus = manchado) y la amapola, Papaver somniferum de la familia Papaveraceae, por su potente poder somnífero. Debe de tenerse en cuenta que en las farmacopeas y en las publicaciones científicas, los nombres botánicos van seguidos de nombres personales (Linneo y Sole en el caso de la menta, por ejemplo). Como se menciono anteriormente, estos nombres se refieren al primer botánico en describir la especie o la variedad. Los nombres populares o nombres vulgares de las especies vegetales también son muy utilizados, sin embargo con los mismos se presentan problemas relacionados con una correcta denominación e identificación. Por ejemplo, en la caracterización del mercado colombiano de plantas medicinales y aromáticas realizado por el Instituto Alexander Von Humbolt (Díaz, 2003), se presentaron conflictos con los nombres comunes de las especies manejadas por los laboratorios naturistas. Como muestra se encuentra el caso de la altamisa (Ambrosia cumanensis), conocida también con el nombre de artemisa, diferente de la especie Arthemisia absinthium, conocida con el nombre común de Ajenjo, y, completamente diferente a la especie anterior, aunque de la misma familia taxonómica (Asteraceae). Entonces, si se reporta la especie como artemisa, no se reconoce de cuál especie se está hablando, si del ajenjo (Artemisia absinthium L.) o de la altamisa (Ambrosia cumanensis). Así, la asociación de un mismo nombre vulgar a varias especies vegetales y viceversa, puede acarrear problemas sanitarios y también, posiblemente, creencias erróneas sobre la eficacia de una planta medicinal, especialmente en el caso de tratarse de especies autóctonas utilizadas como remedios en medicina popular, ya que como ejemplo, es muy diferente tomar “tila” procedente de Crataegus monogyna, planta utilizada desde la antigüedad por su acción sedante o tranquilizante y perteneciente a la familia Rosaceae, o "tila" procedente de especies de árboles conocidos como Tilos pertenecientes al género botánico Tilia (como Tilia platyphyllos o Tilia cordata). Las diferencias entre Crataegus monogyna y las especies del género Tilia son claramente detectables por cualquier persona simplemente a través de la observación de su porte, hojas, flores o frutos. A estas diferencias morfológicas podemos añadir otras de tipo ecológico, biogeográfico, evolutivo, farmacológico, etc. De esta forma se establece que se tratan de plantas de familias muy diferentes, donde sólo encontramos coincidencia en el nombre vernáculo y el uso sedante procedente de algunos principios activos que actúan sobre el Sistema Nervioso Central (SNC). Así pues, se debe considerar que ante un remedio popular hay que tener mucha prudencia, pues el nombre de un remedio puede referirse a varias preparaciones debido a la sinonimia de los nombres vernáculos de las especies vegetales según el lugar donde nos encontremos o la procedencia del remedio. Así pues, sólo la nomenclatura científica

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aceptada actualmente a través de la clasificación del reino vegetal, nos permite establecer un único nombre para una especie vegetal sin riesgo de confusión (Vallejo-Villalobos et al., 2006). Todas las plantas poseen centenares de caracteres de naturaleza morfológica, histológica, embriológica, serológica y genética, que son potencialmente utilizables para elaborar una clasificación del reino vegetal. En los esquemas artificiales, los caracteres empleados fueron los que, por experiencia, habían mostrado que podían utilizarse para construir grupos o taxones convenientes. Las dificultades con que se enfrenta el taxonomista son evidentes. La aparición de un determinado carácter en ciertas plantas no implica necesariamente una relación entre ellas, debido a que durante algún tiempo, en el pasado, bajo condiciones favorables, grupos completos de plantas no relacionados pudieron haber sufrido un determinado cambio, como el desarrollo de las corolas soldadas de las flores polipétalas, fenómeno denominado convergencia. Por otra parte, plantas relacionadas pueden con el tiempo, haber comenzado a diferir en sus caracteres, de forma que los modernos fenotipos aparecen muy distintos, esto es divergencia. El paralelismo se refiere a la evolución similar de caracteres en plantas o grupos relacionados de ellas. Los taxonomistas vegetales, en general, sustentan el punto de vista de que los caracteres químicos son, en la actualidad, otro tipo de caracteres a considerar junto a los utilizados tradicionalmente (quimiotaxonomía). Comparados con los caracteres morfológicos, los componentes químicos son definibles con mayor precisión, sin embargo, los caracteres utilizados en quimiotaxonomía deberán ser los de distribución media en el reino vegetal. Ahora bien y teniendo en cuenta las categorías taxonómicas, un examen de la lista de fármacos derivados de fuentes naturales (Figura 1), como los incluidos en cualquier farmacopea, muestra que la mayoría proceden de la división Espermatofitas (plantas con semillas) del reino vegetal, la cual es la más diversa. Entre las espermatofitas, el número de especies y el de plantas medicinales útiles esta desigualmente repartido entre las dos categorías: Gimnospermas (poseen óvulos que no están incluidos en el ovario), que producen diversas esencias y resinas útiles, así como el alcaloide efedrina y el ginkgólido C de Ginkgo biloba; y Angiospermas (plantas con flor y fruto), la cual aporta la mayor diversidad vegetal actualmente y donde se encuentran la gran mayoría de especies medicinales utilizadas por el hombre y que a su vez se dividen en monocotiledóneas (un embrión con un cotiledón) y dicotiledóneas. Estos dos últimos grupos nos surten de fármacos muy útiles, especialmente las dicotiledóneas. Por el momento, las divisiones pteridofitas (helechos con reproducción mediante esporas) y briofitas (musgos con esporas hidrofílicas) cuentan con un gran número de taxas, pero su aporte como plantas de uso medicinal es bastante pobre. Las pteridofitas son bien conocidas farmacéuticamente en cuanto al licopodio. Entre los muchos aspectos farmacéuticos importantes referentes a las briofitas tenemos la producción de antibióticos, su utilidad en la realización de diversas conversiones químicas y su empleo en ingeniería genética, como la producción de insulina humana y la transformación de células de plantas superiores, por incorporación de parte del DNA de un plásmido bacteriano al genoma de la planta.

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Gimnosperma (Ginkgoaceae) (Pinaceae) (Ephedraceae) Dicotiledónea Espermatofitas (Plantas con semillas) Taxonomía Vegetal

Angiosperma

(Cannabinaceae) (Polygonaceae) (Annonaceae) (Papaveraceae)

Monocotiledónea (Liliaceae) (Orchidaceae) (Gramineae) Briofitas (Musgos) Pteridofitas (Helechos) Figura 1. Divisiones y familias vegetales.

CHOH

H3C

NHCH3

Efedrina

Nota 1. La efedrina de Ephedra spp. (Ephedraceae), un fármaco adrenolítico que prolonga la acción sobre la presión sanguínea, es utilizada en el tratamiento profiláctico del asma debiendo su acción en parte, a un efecto broncodilatador, con la consiguiente descongestión de las mucosas. Así mismo, algunos medicamentos que normalmente se usan para combatir los malestares de la gripa son fabricados con pseudoefedrina y efedrina, dos sustancias que sirven también para producir compuestos que provocan alucinaciones y adicción.

El clásico término talofitas se refiere a las especies que no se diferencian en raíz, tallo, y hojas. Comprenden las bacterias, algas, hongos y líquenes. Las bacterias son organismos unicelulares; la mayor parte se sitúa en un margen de tamaño comprendido entre 0.75 a 8 µm y se producen por fisión binaria. Los hongos son miembros saprofitos o parásitos de las talofitas y completamente desprovistos de clorofila. Se caracterizan por proporcionar numerosos fármacos útiles, especialmente antibióticos y tienen importancia en farmacia y en muchos otros campos. El cuerpo de la especie está constituido por filamentos o hifas que constituyen en conjunto el micelio. Las algas constituyen la fuente de un número

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limitado de drogas (por ejemplo agar y ácido algínico), pero la mayor importancia farmacológica de este amplio grupo de plantas acuáticas esta aun en vías de estudio. Un liquen es una asociación simbiótica de un alga y un hongo. El liquen de Islandia, Cetraria islandica, se utiliza para enmascarar el sabor nauseoso de algunos medicamentos. Contiene ácido cetrárico, una depsidona sumamente amarga. H H3C

R1

O

Estructura de los ginkgólidos

O O

O

O

Ginkgólido A Ginkgólido B Ginkgólido C Ginkgólido J Ginkgólido M

OH

O H

R1 OH OH OH OH H

O

C(CH3)3 R2 R3

R2 H OH OH H OH

R3 H H OH OH OH

Nota 2. El Ginkgo biloba es catalogado como un viejo remedio chino contra el asma y otras dolencias pulmonares, y es utilizado por sus propiedades en el mejoramiento de la memoria. Se ha demostrado que los principios amargos (ginkgólidos, especialmente, ginkgólido C) son potentes antagonistas específicos del FAP (factor activador de plaquetas). Se cree que el FAP desempeña un importante papel en la inflamación alérgica e hiperactividad bronquial.

COOH

COOH O

H OH

OH

H

H

H O

OH

OH

H

H

H

O H

n Algina o ácido algínico Nota 3. Es el principal constituyente de la membrana celular de las algas pardas. Descubierto en 1980 por Stanford, en la actualidad es muy utilizado para la obtención de sus sales (alginatos). Los alginatos, particularmente de sal sódica, debido a su mayor reactividad química, poseen ciertas ventajas sobre otros agentes gelificantes y presentan aplicaciones como estabilizadores, espesantes, gelificantes y formadores de película en las industrias de gomas, textiles, dentales, alimenticias, cosméticos y productos farmacéuticos. Son ejemplos en la formulación de cremas, ungüentos, pastas, jaleas y comprimidos.

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3. DIVISIONES DE LA FARMACOGNOSIA En un inicio, la farmacognosia se había desarrollado principalmente en su aspecto botánico, refiriéndose particularmente a la descripción e identificación de las drogas, tanto enteras como pulverizadas, así como a su recolección, preparación y almacenamiento. Algunos de estos aspectos, por supuesto de fundamental importancia, son tratados en una de las principales divisiones de la farmacognosia, la farmacoergasia. Ahora, con el rápido avance en las técnicas analíticas y moleculares, la farmacognosia se ha establecido como una ciencia multidisciplinar, convirtiéndose en una de las disciplinas básicas en la investigación y educación farmacéutica. En este proceso de avance, recientemente se ha propuesto que la farmacognosia analítica, la farmacognosia clínica, y la farmacognosia industrial han aparecido como campos profesionales importantes. Además, que la farmacognosia molecular, la farmacognosia genómica, y la farmacognosia metabolómica están emergiendo como los dominios preponderantes de investigación en la próxima generación, manteniendo el ritmo de evolución impulsado por el campo de la biología molecular, la bioinformática y la biotecnología. En estos aspectos y para una mayor ampliación, ver el trabajo publicado por Dhami, N. (2013). No obstante, y de acuerdo a la Sociedad Americana de Farmacognosia, el estudio contemporáneo de esta ciencia farmacéutica puede ser dividido en los siguientes campos, de los cuales, algunos serán abordados: • • • • • •

Farmacoergasia Etnobotánica Médica y Etnofarmacología. Fitoterapia. Fitoquímica. Zoo-farmacognosia. Farmacognosia Marina

3.1. Farmacoergasia La farmacoergasia se encarga del estudio de los procesos de cosecha y poscosecha de las plantas medicinales, estableciendo que estos pueden influir en el contenido de los principios activos. Por extensión, se estudian los denominados factores implicados en la producción de drogas como son el cultivo, recolección, secado y almacenamiento de las plantas medicinales. Las plantas medicinales contiene cantidades variables (pero generalmente pequeñas) de principios activos y una mayor proporción de materiales secundarios (sales orgánicas e inorgánicas, taninos, bases y ácidos orgánicos, azucares y polisacáridos), que influyen en la acción de los componentes activos y afectan a la tecnología en la preparación de productos elaborados con base en plantas medicinales. Para satisfacer las exigencias en cuanto a la constancia de la actividad, la proporción entre los componentes activos y materiales secundarios debe mantenerse constante, dentro de límites bastantes estrechos, de una preparación a otra (Sharapin, 2000). Entre los factores que influyen en la composición

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química, se encuentran precisamente estos implicados en la producción de drogas. 3.1.1. Cultivo: 3.1.1.1. Plantas silvestres y cultivadas: Las drogas vegetales se obtienen de plantas medicinales que pueden ser silvestres (crecen espontáneamente) o cultivadas (controlando todo el proceso de producción). Originalmente todas las plantas recolectadas eran silvestres y su uso es recomendado cuando: • • • •

La población natural de una especie determinada es abundante y de fácil acceso. La recolección es rentable porque se dispone de mano de obra barata. No es posible o resulta muy caro el cultivo de una especie determinada. La demanda de una especie concreta es muy baja y la planta silvestre cubre las necesidades con creces.

No obstante, la recolección de las plantas silvestres precisa de una planificación y un control para evitar, en cualquier caso, la recolección indiscriminada e inadecuada que impida el posterior desarrollo de la especie o que altere a otras especies. En otros casos, el uso de las plantas silvestres para la obtención de drogas vegetales tiene claramente una serie de inconvenientes: • • • • •

• • •

Una baja producción: si la demanda de una determinada droga vegetal es elevada, con plantas silvestres se obtiene generalmente una producción insuficiente. Crecimiento irregular: no todas las plantas están en el mismo estadio de crecimiento en el momento de la recolección. Gran dispersión geográfica: la recolección de plantas silvestres no se concentra generalmente en una zona reducida sino que obliga a abarcar grandes espacios. Contenido en principios activos variables: entre las plantas silvestres es habitual encontrar gran variabilidad en el contenido. Recolección cara: se precisa de personal cualificado (que conozca las características de la especie, el método adecuado de recolección, etc.), se necesita transportar las plantas recolectadas, se precisa desecarlas para conservarlas mejor. Confusiones de identidad si el recolector no es un personal cualificado. Riesgo de contaminación de los vegetales por diferentes sustancias como pesticidas, sustancias radiactivas, productos industriales, entre otros. Recolección indiscriminada de ciertas especies vegetales, lo que puede derivar en peligro de extinción de dicha especie.

Teniendo en cuenta los anteriores inconvenientes, el cultivo de las plantas medicinales resulta adecuado en la mayoría de los casos por diversas razones: • •

Permite conseguir cosechas abundantes y de buena calidad y proporciona cantidades suficientes de la droga requerida para abastecer la demanda. Permite tener todas las plantas en un estadio de crecimiento similar (cosechas

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•

•

• •

homogéneas), lo cual facilita su recolección simultánea y posibilita el uso de recolectores mecánicos. Se aplican técnicas de recolección y mejora para obtener una mayor calidad de la droga y es posible encontrar una especie vegetal determinada para obtener material homogéneo con una cantidad regular y elevada de principio activo. La producción esta localizada (limitada a una zona definida), lo cual abarata ciertos costos como el transporte, ya que los cultivos están bastantes próximos a las industrias transformadoras. Reduce la posibilidad de adulteraciones y falsificaciones porque aumenta el control y reduce el número de manipuladores de la planta. No atenta contra la población natural de las plantas, no atenta contra las especies en peligro de extinción. A veces incluso puede tener un efecto contrario, ya que permite dar continuidad, recuperar y mejorar ciertas especies.

El cultivo de plantas medicinales puede presentar algunos inconvenientes como los que se citan a continuación. • •

Saturación del mercado por superproducción de una especie determinada o por falta de demanda. Las plantas cultivas suelen ser más frágiles debido a que crecen sobreprotegidas, mientras que las plantas silvestres se vuelven mas robustas ya que perduran las más resistentes, es decir, hay un mecanismo de selección natural.

El establecimiento de un cultivo de plantas medicinales puede involucrar la domesticación de las especies nativas de la región o la introducción y aclimatación de plantas originarias de otras regiones. En ambos casos, la experimentación agronómica debe acompañarse de un control fitoquímico. Además, se debe contar con que la productividad y la calidad de un cultivo de plantas medicinales vienen determinadas por factores genéticos, ontogenésicos y ambientales (Sharapin, 2000). El factor ambiental puede modificar la producción de metabolitos secundarios porque influye directamente sobre la expresión de genes. Los genes responsables de la producción de los principios activos pueden ser activados o desactivados de acuerdo con las condiciones climáticas. Por ello, conviene profundizar al respecto, a través del estudio de los factores extrínsecos relacionados con el clima. 3.1.1.2. El clima: Diversos factores extrínsecos relacionados con el clima, pueden afectar el cultivo de las plantas medicinales. El crecimiento y desarrollo de las plantas y generalmente, la naturaleza y cantidad de sus metabolitos secundarios se ven afectados por la temperatura, la lluvia, la duración del día (incluyendo la calidad de la luz) y la altitud. Estos factores han sido estudiados mediante el cultivo de determinadas plantas en diversas áreas climáticas y la observación de sus variaciones (Evans, 2002). Entre los hallazgos se encuentran los trabajos sobre cáñamo indico (variedad Cannabis sativa o cáñamo europeo común), cuyas semillas cuando se cultivan en Inglaterra, son ricas en cannabidiol (CBD) y

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desprovistas de tetrahidrocannabinol (THC), mientras las mismas cultivadas en Sudán comienzan a producir THC en su primera generación, alcanzan en la segunda hasta un 3.3%, con la subsiguiente disminución de hasta un 0% de CBD (Figura 2). Sin embargo, es imposible controlar todas las variables que se pueden presentar en estos experimentos. Un determinado factor puede influir en el desarrollo de una pequeña planta que, analizada desde el punto de vista del tanto por ciento de su peso seco, indica una elevada proporción de metabolitos. Por otra parte, ciertas condiciones pueden dar lugar a la producción de grandes plantas con resultados analíticos un tanto bajos en cuanto a sus constituyentes, expresados en tanto por ciento en materia seca.

OH

OH

OH COOH

HO

C5H11

HO

Ácido canabidiol carboxílico

C5H11

∆9-tetrahidrocanabinol (THC)

Canabidiol (CBD)

OH

O

O

C5H11

OH

C5H11

O

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∆ -tetrahidrocanabinol

C5H11

Canabinol

Figura 2. Principales canabinoides de Cannabis sativa. Temperatura: La temperatura es un factor de gran importancia en el control del desarrollo y metabolismo de las plantas. Aunque cada especie ha logrado adaptarse a cada entorno natural, las plantas pueden ser capaces de vivir dentro de una considerable variación de temperaturas. En general la formación de esencias parece elevarse con temperaturas altas, aunque en días muy cálidos puede producirse una excesiva pérdida. La temperatura óptima por término medio para la producción de nicotina, en la Nicotiana rustica es de 20 oC (entre 11-12 oC y 30 oC). Varios autores han señalado que los aceites fijos producidos a temperaturas bajas, contienen ácidos grasos con mayor número de dobles enlaces que los formados a temperaturas altas (Evans, 2002).

N CH3

N

Nicotina

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Lluvias: La importancia de los efectos de la lluvia en la vegetación debe ser considerada en relación a las lluvias anuales y su distribución a través del año, su efecto en la húmeda y su efecto con las propiedades de retención del agua del suelo. Una lluvia continua puede llegar a una pérdida de sustancias hidrosolubles de las hojas y de las raíces por maceración, hecho conocido y aplicado a algunas plantas productoras de alcaloides (por ejemplo solasodina en Solanáceas), heterósidos e incluso esencias. Esto se relaciona con los bajos rendimientos de algunos principios activos de las plantas en estaciones húmedas, condiciones que en general, parecían aceptables. Por otra parte, Cassia angustifolia ha presentado un mayor contenido de senósidos bajo condiciones de sequia corta. Una prolongación de esta condición provoca perdida de la biomasa (Evans, 2002). H N

H3C

CH3

CH3 O CH3

HO

Solasodina (Genina de la Solasonina) Nota 4. Especies del género Solanum (Solanáceas) contienen alcaloides glicosídicos esteroidales, algunos de los cuales se han investigado con respecto a su calidad de intermediarios potenciales en la síntesis de corticosteroides (hormonas sexuales). No se recomienda recolectar la planta después de las lluvias debido a la disminución de tales alcaloides como por ejemplo la solasonina. Glucosa-O

O

OH

COOH R

R Glucosa-O

O

OH

COOH CH2OH

Senósidos A y B Senósidos C y D

Nota 5. El sen (Cassia angustifolia) es una de las plantas medicinales más usadas como un laxante eficaz y seguro. Las hojas y las semillas del sen contienen un 2%-3% de glucósidos antraquinónicos, conocidos como senósidos A y B; además poseen mucílagos y flavonoides, que colaboran a su acción laxante. Con esta planta se ha observado que una sequía a corto plazo incrementa la concentración de senósidos, pero a largo plazo causa perdida de la biomasa de la hoja.

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Duración del día y características de las radiaciones: Las plantas varían mucho en sus necesidades, tanto respecto a la cantidad como a la intensidad de la luz requerida. En ciertos casos, las investigaciones han demostrado que la luz es un factor que influye en la cantidad de heterósidos o de alcaloides producidos. Con belladona (Atropa belladonna), estramonio (Datura stramonium) y Cinchona ledgeriana, una insolación total da un contenido más elevado de alcaloides que la umbría. Las experiencias indican que con Datura stramonium, una exposición prolongada a la luz intensa produjo un señalado incremento en el contenido en hioscina (escopolamina) en la época de la floración. Según se ha demostrado, mientras que en las condiciones de día largo, las hojas de Mentha piperita contienen mentona, mentol y trazas de mentofurano, las plantas que crecen bajo condiciones de día corto, contienen mentofurano como componente principal de su esencia (Evans, 2002). H3C N

O

H

CH2OH

O

O

Hioscina (Escopolamina) Nota 6. Los alcaloides del tropano representan un grupo de metabolitos importantes en las especies de la familia Solanaceae, en las cuales se han descubierto unas 30 bases diferentes de este tipo (tropano). Este hecho constituye un interesante tema de estudio quimiotaxonómico dentro de la familia. Otras bases del tropano se encuentran en la familia Erythroxilaceae, por ejemplo la cocaína en las hojas de coca (Erythroxylum coca), así como en Convulvulaceae, Dioscoraceae, Rhizophoraceae y Euphorbiaceae.

CH3

CH3

CH3

O

OH

O

H3C

Mentona

Mentol

Mentofurano

Nota 7. Las hojas y flores de la menta (Mentha piperita) son ricas en aceite esencial, que puede conformar el 4% del peso total de las variedades más seleccionadas. Las variaciones en algunos componentes determinados pueden influir en la calidad de la esencia natural. En vista de la influencia de ciertos componentes (mentofurano por ejemplo) sobre el valor comercial de la esencia de la menta, los estudios de control genético de la biosíntesis de monoterpenos de la menta poseen interés, tanto comercial como científico.

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Altitud: El cocotero requiere un clima marítimo y la caña de azúcar es una planta de zonas bajas. Por otro lado el té (1000-2000 m), el cacao (100-200 m), el café (800-1800 m), el ruibarbo medicinal, el tragacanto y la quina (Cinchona succirubra) requieren zonas elevadas. En el caso de la quina las plantas crecen bien a pequeñas altitudes, pero no producen prácticamente alcaloides. Los componentes amargos de la genciana (Gentiana lutea) aumentan con la altitud, mientras que los alcaloides del Aconitum napellus, así como el contenido de la esencia del tomillo (Thymus vulgaris) y de la menta, disminuyen.

H HO N H H3CO

N

Quinina Nota 8. La corteza de quina procede de diversas especies, razas e híbridos del género Cinchona (Rubiaceae), con grandes árboles originarios de Colombia, Ecuador, Perú y Bolivia. La gran importancia que tuvo antiguamente la corteza de quina y sus alcaloides (derivados de la quinoleína) en el tratamiento del paludismo, ha disminuido por la introducción de fármacos sintéticos. Sin embargo sigue teniendo gran importancia económica y en la mayor parte de las farmacopeas están incluidas las sales de quinina y quinidina.

Para el éxito del cultivo de las plantas medicinales es necesario estudiar las condiciones en las cuales florece la planta en estado salvaje o espontáneo y reproducir esas condiciones o mejorarlas. Entre los elementos a considerar en la domesticación, están en primera instancia observar como es el comportamiento de la planta en cuestión en su hábitat natural y las condiciones ambientales, así como su fenología a lo largo de su ciclo vegetativo y en segundo lugar realizar ensayos de propagación y estudios sobre el manejo del cultivo como son la determinación de la época de siembra adecuada, distancia o densidad apropiadas y el momento óptimo de cosecha que permita obtener alta calidad y rentabilidad. Pequeños cambios en la ecología pueden afectar la producción de las plantas; así, árboles de caucho crecen espontáneamente en la cuenca del Amazonas y en cambio, campos abiertos convertidos en plantaciones cauchíferas, han constituido un fracaso (Evans, 2002). 3.1.2. Recolección: Las drogas pueden ser recolectadas a partir de plantas espontáneas o cultivadas y la labor puede realizarse por personal nativo e inexperto (caso de la ipecacuana, por ejemplo) o por trabajadores expertos y de un modo altamente científico cuando se trata de la digital, belladona y quina. No obstante, la recolección depende de las características de cada especie. Se puede hacer de forma manual o mecanizada. La recolección manual es mucho mas selectiva y artesanal, pero mas lenta y poco rentable (Evans, 2002).

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H3CO

H3CO

N

N H3CO

H3CO

CH2CH3

CH2CH3 CH2

CH2 H3CO

H3CO

H N

N

H3CO

HO

Psicotrina

Emetina

Nota 9. La ipecacuana es la raíz y rizoma desecados de Cephaelis ipecacuanha o de Cephaelis acuminata (Rubiaceae) y debe de contener un mínimo de 2% de alcaloides solubles en éter. La C. acuminata se exporta desde Colombia, Nicaragua y Costa Rica. La droga se recolecta a partir de plantas espontáneas. El recolector, que usa un palo puntiagudo, desentierra la planta y después de eliminar la mayoría de las raíces la vuelve a enterrar en el lugar donde se encontraba para producir nuevas cosechas. La ipecacuana contiene alcaloides como emetina, cefelina, psicotrina y emetamina derivados de la isoquinoleína. La ipecacuana se utiliza como expectorante y emético y en el tratamiento de la disentería amibiana. O

O

O

CH3

CH3 CH3

CH3

OH

OH

OH HO

O

HO

Digitoxigenina

Gitoxigenina

Nota 10. La droga de la digital, constituida por las hojas desecadas de Digitalis purpúrea o Digitalis lanata (Scrophulariaceae), presenta como principales componentes activos los heterósidos cardiatónicos digitoxina y gitoxina, cuyas geninas corresponden a la digitoxigenina y la gitoxigenina, respectivamente. La droga ha de contener no menos del 0.3% de cardenólidos calculados como digitoxina. La recolección ha constituido un tema de larga discusión, toda vez que la actividad farmacológica de las hojas se incrementa durante el día hasta alcanzar un máximo a la caída en la tarde, sin embargo, otras investigaciones establecen que no hay variación en el contenido de heterósidos totales. Tras la recolección, las hojas deben de secarse lo más rápidamente posible a una temperatura de 60 oC y almacenarse a continuación en recipientes herméticamente cerrados protegidos de la luz. La humedad no debe de sobrepasar el 6%. Condiciones inadecuadas de conservación darán lugar a una posterior hidrólisis con pérdida completa de actividad. Los preparados de la digital se utilizan principalmente por su acción sobre el músculo cardiaco (Cardioactivos).

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H3C N H

CH2OH

O

O

Hiosciamina (Atropina) Nota 11. La sumidadad de belladona está constituida por las hojas desecadas y ramas floridas de la Atropa belladona (Solanaceae), la cual contiene no menos de 0.3% de alcaloides totales expresados como hiosciamina. Se ha afirmado que las hojas alcanzan la mayor riqueza en alcaloides a finales de junio o en julio y parece ser que las plantas cultivadas en lugares soleados producen hojas más activas que las de umbría. Las hojas que se conservan en estado de desecación imperfecta se alteran y producen amoniaco, por ello debe de desecarse después de la recolección y almacenarse inmediatamente. Las hojas de la belladona se utilizan principalmente en preparados que se administran por vía interna como sedantes o para inhibir las secreciones.

3.1.2.1. Factores ontogenésicos: La época en que se recolecta cada droga tiene generalmente, considerable importancia, puesto que la cantidad y a veces, la naturaleza de los principios activos, no son constantes a la largo del año. Investigaciones han planteado que el ruibarbo no contiene derivados antraquinónicos en invierno, pero contiene antranoles que con la llegada del tiempo más cálido, se convierten por oxidación en antraquinonas (Evans, 2002). Ahora bien, la edad de la planta, tiene así mismo, una importancia considerable e influye no solo en la cantidad total de principios activos producidos, sino también en las proporciones relativas de los componentes de la mezcla activa. En la tabla 2 se exponen algunos ejemplos de variación ontogénesica, pero estas variaciones pueden existir en cualquier planta. Igualmente existe evidencia que la composición de un número de metabolitos secundarios varia apreciablemente a través del día y la noche. Así, se han reportado variaciones en los alcaloides del opio, en plantas de la familia Solanaceae y en los constituyentes del ergot. En términos generales, las hojas se recolectan cuando las flores comienzan a abrirse, las flores junto antes de que estén totalmente abiertas y los órganos subterráneos cuando las partes aéreas se han marchitado por completo. Hojas, flores y frutos no deben de recolectarse cuando estén bañados por el roció o la lluvia. Mediante recolección manual es difícil en algunas ocasiones, además de caro obtener hojas, flores y frutos totalmente libres de otras partes de las plantas. En casos como el de la hoja de sen y de la digital, las monografías oficiales permiten la presencia de cierto porcentaje de pedúnculos o de una cantidad limitada de materias orgánicas extrañas. Las cortezas se recolectan generalmente tras un periodo húmedo, pues de esta forma se separan más fácilmente del leño. Para la recolección de gomas, gomorresinas, etc., esta indicado naturalmente, el tiempo seco y ha de cuidarse el excluir, en la medida de lo posible, los restos vegetales.

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Tabla 2. Ejemplos de variación ontogénesica de algunos metabolitos. Ejemplos

Variación

Esencias de Mentha piperita

Proporción de pulegona relativamente alta en plantas jóvenes. Remplazada por mentona y mentol al madurar las hojas. Alcanfor (Cinnamomun camphora) El alcanfor se acumula en el leño central a medida que el árbol envejece, apto para la recolección a los 40 años. Heterósidos cardiotónicos de Digitalis Planta bianual. El primer año contiene más principio purpúrea activo. El contenido heterósido varía con la edad: El purpúrea glicósido A se forma al final, pero en ocasiones alcanza un máximo constante del 50% de los heterósidos totales. Sapogeninas esteroideas de la Yuca Los grupos hidroxilos de las saponinas esteroideas (Manihot sculenta) aisladas decrecen en este orden: planta joven, madura, vieja y florida. Panax ginseng La raíz presenta la mayor cantidad de principio activo a los 30 años si es silvestre y a los 4-5 años si es cultivada. Alcaloides de Papaver somniferum Cápsulas con el máximo contenido en morfina 2 ½ - 3 semanas después de la floración (fruto verde). Los alcaloides secundarios (codeína, narcotina y papaverina) alcanzan su máximo algo antes. Vainillina de Vanilla planifolia El máximo en la biosíntesis de vainillina se alcanzan 8 meses después de la polinización de la flor.

3.1.3. Conservación: Los vegetales al ser arrancados de su medio natural, ven alterado su equilibrio metabólico y proliferan reacciones y fenómenos que degradan la droga vegetal recolectada. Las causas de alteración pueden ser internas o externas. •

•

Causas de alteración interna: Principalmente, son las reacciones enzimáticas por medio de las enzimas propias de la planta que catalizan reacciones que llevan a la degradación de la especie vegetal. Esta actuación de las enzimas es especialmente activa cuando la droga recolectada posee cantidades de agua superiores al 70 %. Las reacciones enzimáticas mas comunes son: hidrólisis de glúcidos (hidratos de carbono), de esteres, de heterósidos; oxidaciones; condensaciones y polimerizaciones; isomerizaciones y racemizaciones. Otras causas internas se deben a las auto-oxidaciones (oxidaciones espontáneas) y a las reacciones entre diferentes componentes de la planta. Causas de alteración externa: El calor, las radiaciones, la humedad, el ataque de parásitos, microorganismos, insectos, entre otros. Todas estas causas potenciales de alteración deben ser tenidas en cuenta, sobre todo en el proceso de almacenamiento de la muestra.

Hay dos procesos fundamentales para evitar la acción enzimática, adicionalmente se presentan algunos métodos de desinfección tendientes a la conservación de las drogas vegetales.

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3.1.3.1. Inhibición enzimática: Es un proceso reversible que consiste básicamente en eliminar el agua de la especie hasta valores inferiores al 10 %. El principal responsable de la alteración de las plantas, una vez recolectadas, es la elevada presencia de agua (hasta un 70 % en las partes más carnosas y en menor cantidad en partes más secas). Al descender la cantidad de agua, las enzimas detienen su actividad, quedan inhibidas y la planta se conserva. Al tratar la droga conservada con agua, las enzimas pueden recuperar su actividad, por lo que es un proceso reversible. Los procedimientos utilizados para eliminar el agua son: •

•

•

Desecación natural: Es el procedimiento mas lento y económico, pero generalmente menos efectivo. Tenemos la desecación al aire libre y al sol, la desecación al aire libre y a la sombra. Desecación artificial: El secado con calor artificial es generalmente más adecuado ya que permite un control de la temperatura, de la humedad ambiental y del tiempo que dura la operación. Tenemos los túneles de secado, las torres de secado, las estufas al vacío, la radiación infrarroja. Liofilización o criodesecación al vació: Es el método que más reduce la cantidad de agua de una droga. Consiste en congelar rápidamente la droga a temperaturas muy bajas, entre -40 oC y -80 oC, y luego sublimar el agua aplicando vació y calentando. El agua pasa directamente del sólido a vapor, y la droga queda con una cantidad de agua muy baja y adquiere una consistencia esponjosa.

Cuando es necesario estimular la acción enzimática, la desecación debe ser lenta a temperaturas moderadas. Ejemplos de esto se encontrarán en las monografías sobre los frutos de vainillina y raíz de genciana. Si conviene evitar la acción enzimática, la desecación debe iniciarse lo más pronto posible. Las drogas que contienen esencias tienden a perder su aroma si no se desecan o no se destila la esencia inmediatamente. Todas las drogas húmedas están expuestas al desarrollo de mohos. Por estas razones, los aparatos de desecación y los alambiques deben situarse lo más cerca posible de los lugares de crecimiento de las plantas. Esto supone además la ventaja de reducir mucho los gastos de transporte, pues numerosas drogas contienen en fresco una considerable cantidad de agua (60-90%). La duración del proceso de desecación varía desde unas pocas horas hasta muchas semanas. En climas adecuados, la desecación al aire libre se emplea para el clavo, el cardamomo y la canela. La desecación por medio de calor artificial es más rápida que la realizada al aire libre y suele ser necesaria en regiones tropicales en donde la humedad es muy elevada. La desecación rápida contribuye a que las flores y hojas conserven su color y las drogas aromáticas su aroma, pero la temperatura empleada en cada caso ha de ajustarse en función de los componentes y la naturaleza física de la droga. Como regla general, las hojas y flores deben secarse entre 20-40 oC y las cortezas y raíces entre 30-65 oC. En nuestro medio, los productores generalmente disponen de marquesinas para el secado de sus productos, pero esta técnica puede implicar varios riesgos para la calidad de las drogas, entre los que se destacan: el secado no uniforme, la contaminación cruzada, así como a altas posibilidades de descomposición del producto por el largo tiempo de residencia.

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OH OCH3

H

O

Vainillina Nota 12. La vainilla está constituida por los frutos inmaduros, cuidadosamente curados y totalmente desarrollados de Vanilla fragans y otras especies del género Vanilla (Orchidaceae). La vainilla verde contiene heterósidos, principalmente glucovanillina (vallinósido) y alcohol glucovaníllico. Durante el curado estos compuestos sufren oxidación e hidrólisis enzimática, que se registran en todas las partes de la planta. El alcohol glucovaníllico da por hidrólisis, glucosa y alcohol vaníllico. Este compuesto es a continuación convertido por oxidación en aldehído vaníllico (vainillina). La glucovanillina, como su nombre lo indica, da por hidrólisis glucosa y vainillina. Los frutos de vainilla son muy utilizados en confitería y perfumería. O

O

O

O-Glu

Genciopicrósido Nota 13. La genciana está constituida por los rizomas y raíces fermentados y desecados de la genciana amarilla, Genciana lutea (Gencianaceae). El secoiridoide genciopicrósido, principal componente (también denominado genciopicrina y gencioamarina) se encuentra aproximadamente en la proporción de 2% y por hidrólisis da una lactona (genciogenina) y glucosa. Durante la fermentación y desecación de la raíz de genciana, dicho principio se descompone. La genciana es utilizada como tónico amargo.

3.1.3.2. Inactivación enzimática: Es un proceso irreversible que consiste en la destrucción de enzimas que pierden así su capacidad catalizadora y al inactivarse no progresa la degradación de la droga. También recibe el nombre de estabilización de una droga. Hay varios métodos para inactivar las enzimas: •

•

Con alcoholes a ebullición: es un método que esta claramente en desuso ya que muchos principios activos se solubilizan en el alcohol, lo cual destruye la droga. Ésta se sumerge solo unos instantes en alcohol hirviendo. Con vapores líquidos: Por ejemplo con vapor de agua, se introducen las drogas,

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•

•

colocadas en bandejas dentro de un autoclave a 100-120 oC. La temperatura necesaria en vegetales es superior a la requerida para estabilizar otros materiales, donde suelen bastar unos 60 oC. Con vapores alcohólicos, el cual es un método muy utilizado en la industria, permite trabajar a temperaturas más bajas que cuando se trabaja con vapor de agua. Se hace incidir sobre la droga fría el vapor alcohólico caliente, que luego se recicla. Con calor seco, se introduce la droga en estufas a alta temperatura (800 oC) durante unos instantes. Se utiliza en casos muy concretos ya que este tratamiento puede alterar los principios activos.

3.1.3.3. Métodos de desinfección: Muchas drogas deben de ser sometidas a un tratamiento específico para evitar la proliferación de microorganismos, insectos y otras especies animales. Los tratamientos más frecuentes son: • • •

Tratamiento con dióxido de carbono (CO2) a presión. Irradiación de la droga con radiación γ. Tratamiento con óxido de etileno (C2H4O): actualmente esta prohibido el uso de este producto debido a su elevada toxicidad y alta reactividad. Existe la posibilidad de reaccionar con muchos metabolitos presentes en la droga, alterándolos.

El tratamiento con CO2 a presión y radicaciones γ tiene un efecto desinfectante, mientras que el tratamiento con C2H4O es desinfectante y esterilizante pero tóxico. 3.1.4. Almacenamiento: El almacenamiento o conservación de los drogas, a gran escala, constituye una considerable empresa. Excepto en algunos casos, como la cáscara sagrada, el almacenamiento prolongado, aunque con frecuencia es inevitable, resulta perjudicial. Ciertas drogas como el cáñamo índico se deterioran incluso cuando se ha almacenado cuidadosamente. Las drogas almacenadas en sacos, cajones de madera, cajas de cartón y bolsas de papel absorben aproximadamente de 10 a 12% o más de humedad. La farmacopea europea señala el contenido de humedad permisible para la fécula, la goma arábiga y otras drogas. Algunas drogas como la digital no deben nunca tomar humedad del aire pues pierde una parte considerable de su actividad. Deben de ponerse en un envase hermético con un deshidratante (Evans, 2002). Para grandes cantidades pueden emplearse cajones con cal viva en el fondo y una rejilla o arpillera para separar la droga de la cal. Los recipientes más adecuados para el almacenamiento suelen ser los recipientes metálicos, pero también los de vidrios, los cuales son más utilizados. Los recipientes de madera, tela o plástico no son recomendables porque suelen ser relativamente permeables al aire y a los agentes externos. Las esencias deben de conservarse en envases herméticos totalmente llenos y en un lugar frió y oscuro. Observaciones similares son aplicables a los aceites fijos, especialmente al aceite de hígado de bacalao, en este último caso, el aire del recipiente se reemplaza por un gas inerte. Las preparaciones farmacéuticas de Digitalis purpúrea y Digitales lanata deben estar en recipientes herméticamente cerrados protegidos de la luz, el contenido de humedad no debe de sobrepasar el 6% para así evitar la pérdida de principios

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activos. Otro ejemplo relacionado con cuidados en la presentación farmacéutica es con relación a la pilocarpina, la cual se puede convertir en un isómero denominado isopilocarpina con pérdida potencial de la actividad. CH2OH O OH O

O

OH

HO HO

Cascarósidos de Rhamnus purshianus 10

CH2OH O OH

HO

CH2R

Cascarósido A Cascarósido B Cascarósido C Cascarósido D

= 10β = 10α = 10β = 10α

R = OH R = OH R=H R=H

HO

Nota 14. La cáscara sagrada oficial es la corteza desecada del Rhamnus purshianus. Debe ser almacenada al menos durante un año antes a su utilización, ya no lo exige la BP, pero su valor medicinal y su precio tienden a aumentar hasta que tiene unos 4 años. Se ha observado desde hace tiempo que la cáscara sagrada almacenada durante un año como mínimo, da preparaciones galénicas mejor toleradas y tan eficaces como las preparadas con corteza recién recolectada. Es de suponer que esto se debe a hidrólisis o a otros cambios durante el almacenamiento. Contiene 4 heterósidos primarios o cascarósidos con enlaces Oy C-glucosídicos entre otros compuestos, los cuales son responsables de la actividad laxante y purgante.

Las condiciones de almacenamiento de las drogas así como todos los tratamientos anteriores y posteriores, dependen de las características propias de cada especie y de la parte de la planta utilizada, sin embargo, existen condiciones generales de almacenamiento de las drogas vegetales que se enuncian a continuación: •

• •

•

Almacenar en lugar fresco: La temperatura es un factor importante en la conservación de la droga, ya que el calor produce perdida de los principios activos, sobre todo de las esencias, y favorece la alteración de las drogas (proliferación de hongos, mohos). Almacenar en lugar seco ya que la presencia de humedad excesiva favorece la hidrólisis y degradación de la droga en general. Preservar de la luz, principalmente de la luz ultravioleta que cataliza muchos procesos reactivos en la planta y acelera su degradación. La luz provoca la decoloración de la mayoría de las drogas. Aislar de la atmósfera, porque el contacto con el aire facilita la oxidación de los principios activos, acelera el enranciamiento de las grasas y facilita la llegada de parásitos, mohos, roedores, insectos, arácnidos, entre otros.

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CH2OH

HO

Vitamina A

Colecalciferol

Nota 15. El aceite de hígado de bacalao es un aceite fijo obtenido del hígado fresco del bacalao, Gadus morrhua, que bajo ciertas condiciones, da un aceite de sabor tolerable conteniendo una adecuada proporción de vitaminas. Las propiedades medicinales de este aceite se deben principalmente a la vitamina A y a vitaminas del grupo D. La actividad principal, antirraquítica, parece deberse a la vitamina D3 (Colecalciferol). El aceite está formado por glicéridos de ácidos insaturados (un 85%) y saturados (alrededor de 15%). El aceite debe de conservarse en frascos bien llenos y herméticos, protegidos de la luz y en lugar fresco para evitar la oxidación de vitaminas y glicéridos. OH CH3

CH3 H3C

N

N

O

O

N

O

Pilocarpina

O

N

Pilosina

Nota 16. El nombre de jaborandi se aplica en la actualidad a los foliolos de diversas especies de Pilocarpus (Rutaceae), género de árboles ampliamente representados en Sudamérica. Las hojas contienen alrededor del 0.7-0.8% de los alcaloides pilocarpina, isopilocarpina, pilosina, entre otros. La pilocarpina, lactona del ácido pilocárpico, contiene un núcleo glioxalina y con el calor o los álcalis se convierten en un isómero isopilocarpina. Esta se encuentra en pequeña cantidad en la hoja pero se forma mayor cantidad durante los procesos de extracción. Las hojas desecadas pierden pronto su actividad por almacenamiento. Las sales de pilocarpina se utilizan en la práctica oftalmológica y producen contracciones de la pupila, acción antagónica a la que posee la atropina. En el comienzo del glaucoma sirve para incrementar la irrigación del ojo y disminuir la presión.

•

Las drogas no se pueden conservar indefinidamente y se debe de controlar el tiempo de almacenamiento, que es variable según las características de las mismas, pero que en general no sobrepasa un año de conservación. Si son cortezas tres o cuatro años, las raíces se pueden guardar 2-3 años y las que tienen sustancias volátiles se pueden almacenar generalmente menos de 1 año. Las drogas aromáticas deberían ser anuales. Para el almacenamiento de las drogas desecadas se prefieren cajas metálicas a las de plástico. Solo en casos muy concretos se recomienda envejecer la droga porque aumenta su calidad, por ejemplo, en la frángula y en el caso visto de la cáscara sagrada.

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•

El aspecto de la droga (entera, fraccionada, pulverizada) también condiciona el tiempo de almacenamiento. No se debería almacenar una droga pulverizada ya que triturada ofrece una gran superficie de contacto con el medio exterior, lo cual facilita su degradación.

3.2. Etnofarmacología En muchas regiones del mundo, las plantas utilizadas han sido registradas adecuadamente, sin embargo en otras regiones, por ejemplo en Sudamérica, con su vasta flora de plantas potencialmente útiles, el arte de la medicina tradicional entre grupos aborígenes esta en rápido declive, debido al cambio de vida de dichos pueblos. Los investigadoresetnobotánicos se encuentran entonces librando una batalla contra el tiempo para recopilar la información antes de que se pierda con las actuales generaciones, con ello, realizar un posible atajo para llegar a algunas plantas útiles medicinalmente. Siguiendo esta metodología, la selección de especies vegetales para la investigación se realiza con criterios etnofarmacológicos, entendiéndose por etnofarmacología el área de investigación multidisciplinaria/transdisciplinaria concerniente con la observación, descripción, e investigación experimental de las drogas indígenas/campesinas y sus actividades biológicas (referenciado en: Heinrich et al., 2009). En el criterio etnofarmacológico, la investigación esta direccionada por el conocimiento del uso medicinal de los productos derivados de una planta particular (y en menor grado de un hongo o un animal) por un pueblo indígena o campesino. En este caso, la observación del uso de una planta, generalmente realizada por un observador entrenado (etnofarmacólogo), permite la colección del material vegetal y una subsecuente determinación de la actividad biológica. Además, en los estudios etnofarmacológicos de campo es importante tener en cuenta también los requisitos conceptuales básicos y estándares metodológicos mínimos (es decir, botánicos, antropológicos, etnomédicos), así como las formas de cómo cuantificar la información etnofarmacológica (Heinrich et al., 2009). Un examen de las plantas, o de los fármacos derivados de ellas, que son incluidas en las farmacopeas occidentales, muestra que algunas corresponden a plantas utilizadas desde las eras griegas y romanas (digitales por ejemplo), las cuales fueron introducidas hace bastante tiempo como consecuencia precisamente de los estudios etnofarmacológicos. Bajo esta categoría se pueden mencionar otros ejemplos, no tan antiguos, de drogas farmacológicamente activas como la ipecacuana, la cual se añadió como resultado del incremento de los viajes y de la expansión colonial. Un estudio sobre el impacto de los estudios etnofarmacológicos en el proceso del descubrimiento y desarrollo de fármacos, encontró que de 122 compuestos derivados de plantas y utilizados como medicamentos en los países que acogen los Centros de Medicina Tradicional de la OMS, el 80% fueron usados para el mismo propósito etnomédico o relacionado con este, derivándose de tan sólo 94 especies de plantas (Cragg & Newman, 2013; Farnsworth et al., 1985). Algunos ejemplos relevantes son kellina, de Ammi visnaga, la cual llevó al desarrollo de la cromolina (en forma de cromoglicato de sodio) como un broncodilatador; galegina, de Galega officinalis, que fue el modelo para la síntesis de metformina y otros fármacos antidiabéticos de tipo bisguanidina, y la papaverina de Papaver somniferum que constituyó

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la base para el verapamilo utilizado en el tratamiento de la hipertensión (Fabricant, N.R. Farnsworth, 2001). Esta última planta es más conocida por ser la fuente de los analgésicos morfina y codeína, sin embargo, probablemente el mejor ejemplo del papel de la etnofarmacología para guiar el descubrimiento y desarrollo de fármacos es el de los medicamentos contra la malaria, en especial la quinina y la artemisinina (Cragg & Newman, 2013). Otros criterios de selección del material vegetal pueden ser al azar, o también utilizando criterios quimiotaxonómicos. En este último, el conocimiento de un grupo particular de plantas conteniendo una cierta clase de productos naturales puede ser utilizado para predecir plantas taxonómicamente relacionadas, las cuales pueden contener compuestos estructuralmente similares. Este criterio es bastante utilizado cuando la química y la actividad biológica de un compuesto son conocidas, y se requieren compuestos con similar estructura química para el desarrollo de ensayos biológicos. El criterio aleatorio o al azar se utiliza con plantas a la cuales no se les conoce su química o actividad biológica pero que son disponibles y abundantes en una determinada área. HO

H3CO

O

O NCH3

NCH3

H

H

HO

HO

Morfina

Codeína

Nota 17. El opio es el látex, obtenido por incisiones, de las cápsulas inmaduras del Papaver somniferum (Papaveraceae) y desecado conjuntamente por evaporación espontánea y calor artificial. Se elabora en masas de formas irregulares. El opio puro contiene no menos del 9.5% de morfina. El opio de la India constituye la única fuente legal de la droga que se dispone. Sin embargo, en diversos países crecen cantidades considerables de adormideras para la extracción de alcaloides y producción de semillas. El opio y la morfina son sumamente utilizados para suprimir el dolor y son estimables como hipnóticos. La codeína, otro alcaloide del opio, es menos sedante que la morfina y es útil para la supresión de la tos.

El abordaje etnofarmacológico, no obstante, ha sido el más utilizado por la mayoría de los investigadores. Es así como se ha reportado que, en cuanto son necesarias 22.900 sustancias sintetizadas para poner un medicamento en el mercado, la relación disminuye de 400:1 cuando la investigación farmacológica se lleva a cabo teniendo como base las indicaciones etnofarmacológicas. El abordaje etnofarmacológico también es controvertido por algunos autores, quienes defienden la investigación sistemática basada en los criterios quimiotaxonómicos (Sharapin, 2000). En las investigaciones actuales sobre nuevos fármacos que posean actividad antitumoral o hipotensora por ejemplo, las plantas implicadas salvo algunas de las más tradicionales, con frecuencia no poseen indicaciones

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inmediatas de su actividad farmacológica. En consecuencia, los investigadores se enfrentan al problema de realizar una investigación sistemática entre miles de especies aun no estudiadas.

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4. OBTENCIÓN DE EXTRACTOS Y PRINCIPIOS ACTIVOS Es necesario el conocimiento de diferentes técnicas y de fuentes potenciales para la obtención de extractos o de principios activos a partir de una droga o de un precursor de origen natural, entre estos tenemos: 4.1. Métodos extractivos a partir de la droga: 4.1.1. Procesos de extracción: Se parte de la droga y se realiza un proceso extractivo para aislar los principios activos directamente a partir de las drogas. Entre los métodos extractivos se encuentran: 4.1.1.1. Extracción mecánica: Permite obtener los principios activos disueltos en los fluidos propios de la planta, los cuales una vez extraídos se denominan jugo. La extracción mecánica se puede realizar por expresión, la cual consiste en ejercer una presión sobre la droga, por enfloración (utilización de grasas con con calor), o mediante incisiones por las que fluyen los fluidos de la planta. 4.1.1.2. Destilación: Es una técnica que se basa en la diferente volatilidad de los componentes de la droga, lo cual permite la separación de componentes volátiles de otros que son menos o nada volátiles. Se suelen hacer destilaciones por arrastre de vapor o de hidrodestilaciones que facilitan la extracción de los principios activos volátiles. La destilación permite obtener, por ejemplo, las esencias de las drogas. Es un método en el que se utiliza una fuente de calor, por lo que solo es aplicable a principios activos termoestables (figura 3).

Termómetro

Salida de agua Entrada de agua Matraz receptor Droga que se destila

Figura 3. Aparato de destilación.

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4.1.1.3. Extracción con fluidos en condiciones supercríticas: Se opera con dispositivos especiales donde es posible controlar la presión (P) y la temperatura (T) y se trabaja a P y T superiores a las condiciones supercríticas. Los gases más utilizados son el dióxido de carbono y el butano, si bien la extracción con butano es bastante peligrosa, ya que es un gas muy inflamable. La extracción con fluidos supercríticos suele ser muy selectiva, además es relativamente sencillo eliminar el gas extractor, pero resulta costosa y en ocasiones, es difícil encontrar las condiciones supercríticas óptimas. 4.1.1.4. Extracción con solventes: Consiste colocar en contacto la droga con un solvente capaz de solubilizar los principios activos. Los principios activos deben de pasar de la droga al solvente de manera que se obtenga un extracto líquido. Posteriormente dicho extracto se puede concentrar eliminando el disolvente. La extracción con solventes es uno de los métodos que se emplea con más frecuencia para la obtención de principios activos. Para que la extracción con solventes se lleve a cabo correctamente hay que tener en cuenta diversos factores: •

•

•

•

•

Características de la droga: Se debe de trabajar con drogas desecadas y con un grado de división adecuado (mayor en drogas duras como las cortezas y menor en drogas blandas como flores y hojas) para facilitar el máximo contacto entre los principios activos y el disolvente. Naturaleza del solvente: Principalmente se utilizan en las extracciones el agua y las mezclas hidroalcohólicas (agua y alcohol etílico) en proporción variable. También es posible utilizar otros solventes orgánicos como acetona, éter etílico, hexano, propilenglicol (muy usado en cosmética), entre otros. El agua es un buen solvente de muchos principios activos de las drogas, pero por esta misma razón, resulta generalmente poco selectivo. Además muchos principios activos se hidrolizan en agua. Por otra parte, los extractos acuosos tienen una estabilidad poco duradera una vez preparados y deben de ser obtenidos para su utilización en un periodo de tiempo relativamente corto. La utilización de mezclas variables de agua y alcohol permite seleccionar las sustancias sin interés farmacológico así como separar los principios activos entre sí. Temperatura: El aumento de la temperatura favorece la extracción de principios activos porque aumenta su solubilidad en los solventes utilizados, pero a su vez, puede favorecer la degradación de dichos compuestos, por lo que es necesario controlarla para obtener una máxima extracción sin consecuencias indeseables. En ningún caso se pueden utilizar altas temperaturas para extraer principios activos termolábiles. Tiempo de contacto entre la droga y el solvente: Depende de las características de la droga (dureza, grado de división) y de la naturaleza de los principios activos (volátiles, hidrolizables, oxidables, entre otros). Control de la difusión celular: Una correcta difusión se consigue cuando la droga ofrece un grado de difusión adecuado (mayor superficie de difusión) y cuando se renueva constantemente el solvente utilizado en las extracciones. Al renovar el solvente se mantiene una diferencia de concentración de principios activos entre la droga y el solvente utilizado en la extracción.

29

4.1.2. Tipos de extracciones: Los diferentes tipos de extracciones se pueden englobar en dos grupos. 4.1.2.1. Extracción discontinua o simultánea: Se sumerge la droga en el solvente, por lo que la totalidad de la droga contacta con el solvente utilizado para la extracción y la difusión de los principios activos se producirá en todas las direcciones hasta alcanzar el equilibrio. La extracción discontinua incluye varios métodos de extracción atendiendo a la temperatura, tiempo y solventes utilizados: Extracciones discontinuas. Maceración

Temperatura

Tiempo

Solvente

T ambiente

Horas-días

Digestión

T > ambiente

Horas-días

Infusión

T próxima a ebullición 1-2 minutos T menos Hasta 30 minutos T de ebullición 15-30 minutos

Agua Mezclas hidroalcohólicas Glicerina Agua Mezclas hidroalcohólicas Glicerina Agua

Decocción

Agua

4.1.2.2. Extracción continua o progresiva: El solvente utilizado para la extracción se va renovando y actúa en una sola dirección. Son métodos que consisten en poner en contacto la droga con el solvente adecuado y mantener en todo momento el desequilibrio entre la concentración de principio activo en la droga y en el solvente para que se produzca la difusión celular. Mediante estos procedimientos se puede llegar a la extracción prácticamente completa de los principios activos de las drogas. Se utilizan varios métodos de extracción continua: Extracciones continuas. Percolación Soxhlet

Temperatura

Tiempo

Solvente

T ambiente T de ebullición

Variable Variable

Variados Solventes orgánicos

4.1.3. Concentración de líquidos extractivos: Los líquidos extractivos que se obtienen en la mayoría de los casos se concentran eliminando parcial o totalmente el solvente mediante los dos métodos siguientes: •

•

Al vacío: Utilizando un rotavapor, se trabaja a temperaturas inferiores a 40 oC y en ausencia de oxígeno. Se aplica para concentrar líquidos extractivos obtenidos con solventes orgánicos y mezclas hidroalcohólicas. Liofilización: Consiste en eliminar el solvente mediante congelación a baja temperatura, seguido de una sublimación del solvente, que pasa directamente del

30

estado solido a vapor. Este método se aplica principalmente en el caso de líquidos extractivos acuosos. Se puede distinguir distintos tipos de extractos según la concentración de principio activo respecto a la droga original y según su consistencia. 4.1.3.1. Extractos fluidos: El solvente se ha evaporado en el rotavapor hasta conseguir una concentración de principio activo similar a la concentración de principio activo en la droga original. Tienen consistencia liquida y se obtienen generalmente por maceración o percolación. El solvente suele ser agua o mezclas hidroalcohólicas. También pueden obtenerse por disolución de extractos secos. Los extractos fluidos se alteran fácilmente en contacto con la luz y el aire. Son muy utilizados para obtener formas liquidas (jarabes, pociones, gotas, entre otras) ya que se manipulan y dosifican con facilidad. 4.1.3.2. Extractos blandos: poseen una concentración de principio activo superior a la de la droga original y tienen consistencia semisólida. El solvente suele ser agua o mezclas hidroalcohólicas. Los extractos blandos son poco estables y resultan difíciles de manipular, por lo que prácticamente no se utilizan. 4.1.3.3. Extractos secos: Se obtienen por evaporación total del solvente y tienen una consistencia de polvo. Presentan una concentración muy superior de principio activo que la droga original. Son preparados bastante estables (aunque en muchas ocasiones resultan higroscópicos) y de fácil manipulación que se pueden utilizar para preparar tinturas, extractos fluidos, etc. Actualmente es posible obtener extractos secos nebulizados todavía más estables que los extractos secos tradicionales, sobretodo porque son menos higroscópicos. 4.1.3.4. Crioextractos: Se obtienen de la droga fresca congelada, de la que se extraen los principios activos mediante nitrógeno líquido y luego se añade alcohol etílico. Los crioextractos resultan muy caros pero son muy útiles para la extracción de proteínas y enzimas de ciertas especies. 4.2. Las fuentes terrestres y el mundo marino: Tradicionalmente la farmacognosia se ha centrado en las plantas y ha prestado relativamente poca atención a las demás fuentes de drogas (Verpoorte, 2000). Así, el mundo terrestre es el que más participación tiene, el reino vegetal más que el animal. Por su relativamente fácil recolección y su capacidad para el desarrollo sustentable, las plantas superiores ocupan un lugar destacado entre las fuentes renovables de productos naturales (Monguelli & Pomilio, 2002). Se estima que el número de especies de plantas con flores está situado entre 350.000 y 400.000, distribuidas entre unas 300 familias y 10.500 géneros. Pese a la rápida expansión de la literatura fitoquímica, solo un pequeño tanto por ciento de la totalidad de las especies se ha estudiado y queda, por tanto, un amplio campo de investigación futura. Si analizamos las fuentes naturales que han dado lugar a nuevos principios activos utilizados para el tratamiento de enfermedades infecciosas, podemos

31

observar que los productos naturales juegan un papel significante en los procesos de descubrimiento y desarrollo de estos nuevos medicamentos. De los 1.010 productos aprobados entre 1981-2006, el 44 % corresponden a productos de origen natural o derivados de alguna forma a partir de ellos, sin embargo, entre el 62-67 % de los medicamentos antibacterianos o anticancerígenos se derivaron, igualmente, a partir de sustancias de origen natural (Newman & Cragg, 2007). Por su parte el mundo marino constituye otra fuente de posibles sustancias con interés farmacéutico. Al igual que ocurrió con los organismos vivos terrestres, el interés bioquímico por los animales y organismos marinos está en progreso en cuanto al estudio sistemático de todos los grupos y sus componentes, a fin de aprovechar los que son farmacéuticamente importantes. Así existe en la actualidad considerable bibliografía respecto a terpenoides, polisacáridos, lípidos, compuestos fenólicos y nitrogenados, entre otros, relacionados con organismos y microorganismos marinos (Dewapriya & Kim; 2014; Gerwick & Moore, 2012; Harnedy & FitzGerald, 2012; Li et al., 2011; Ngo & Kim, 2013; Pandey, 2012; Subramani & Aalbersberg, 2012). Numerosas investigaciones se encuentran en fase de laboratorio, o en estudios preclínicos y clínicos, sin embargo, los organismos marinos plantean un problema de recolección respecto al abastecimiento constante de material. A pesar que la obtención de materias primas sea dificultosa, la historia ha demostrado que numerosas sustancias provenientes de fuentes marinas se han utilizado comercialmente: agar, ácido algínico, carragenano, sulfato de protamina, esperma de ballena y aceites de hígado de bacalao y de halibut, entre otras. Entre los ejemplos de productos bioactivos de origen marino tenemos (Evans, 2002): •

Antibióticos: Diversidad de bacterias y hongos se encuentran especialmente cerca de la costa y muchas de estas especies han mostrado ser productores de principios antibacterianos y antivirales. El potencial farmacológico de esta fuente es enorme ya que se dispone de miles de microorganismos y puede mencionarse por ejemplo el hongo Cephalosporium acremonium como fuente de cefalosporina C. COOH O NH2

HOOC

O

CH2OCOCH3 N

N H

S

Cefalosporina C •

Antihelmínticos: La alga roja Digenea simplex es una especie utilizada como antihelmíntico en la medicina popular de Japón. Junto a otros compuestos similares, esta actividad se asigna a un ácido α-kaínico. Es activo frente a gusanos parásitos nematelmintos, triquina y solitaria.

32

COOH

N H

COOH

Ácido α-kaínico •

Insecticidas: Desde hace mucho tiempo se conoce que el anélido marino Lumbriconeris heteropoda, comúnmente utilizado como cebo para peces, es tóxico para algunos insectos. De este gusano se aisló la nereistoxina, la cual posee propiedades frente a insectos siendo tóxico además para peces y mamíferos a través de su interferencia con el sistema nervioso y el corazón. Los estudios sobre este compuesto han llevado a la introducción del pesticida sintético Padan. S

S

N H3C

CH3

Nereistoxina 4.3. Plantas medicinales empleadas para obtener principios activos por semisíntesis: Es bien conocido que las plantas medicinales constituyen una fuente inagotable de principios activos que en algunos casos son extraídos directamente para su empleo en terapéutica y en otros sirven de inspiración para la obtención por síntesis de fármacos análogos. Atendiendo a esta segunda posibilidad, hemos asistido a lo largo de las últimas décadas al desarrollo de un elevado número de fármacos a los que, de forma racional, se les han introducido modificaciones estructurales para mejorar o diversificar sus propiedades. En muchos casos, los principios activos obtenidos de las plantas son susceptibles de ser modificados químicamente para mejorar su comportamiento, unas veces se introduce un radical que, al cambiar sus propiedades físico-químicas, modifica la cinética en sentido favorable para lograr una distribución selectiva o bien una semivida más prolongada del compuesto inicial, proporcionando un mayor confort terapéutico. En otros casos se persigue intensificar su actividad o buscar una mayor especificidad de actuación, evitando así reacciones adversas. Normalmente estos procesos de semisíntesis se llevan a cabo a partir de la base molecular de principios activos naturales cuya síntesis es complicada o poco rentable, a la que se le practican las modificaciones previstas que conduzcan a la obtención de la molécula deseada. En un principio las modificaciones comprendían un simple cambio estructural de un grupo funcional secundario hasta cambios más profundos como, por ejemplo, la alteración estereoquímica de algún centro quiral de la molécula original. Pero en los

33

últimos años, el acceso al descubrimiento de nuevas sustancias activas a partir de productos naturales ha cobrado una amplia dimensión gracias a la introducción de nuevas tecnologías. Así, los avances en la química de síntesis permiten disponer de fármacos en cantidades prácticamente ilimitadas, con una actividad farmacológica semejante a la del producto que se pretende suplir. Este es el caso de las hormonas esteroídicas y de los corticosteriores en general. Para abordar el desarrollo del tema, se adoptara una clasificación basada en la estructura química de los productos naturales utilizados como precursores. De este modo tenemos: 4.3.1. Alcaloides: Los alcaloides forman un grupo de productos naturales particularmente interesante por la intensidad de los efectos que producen y porque constituyen la materia prima para la obtención de un buen número de principios activos que se emplean actualmente en terapéutica. Desde el punto de vista semisintético, desempeñan un valioso papel en la obtención de fármacos indicados en el tratamiento de procesos neoplásicos. 4.3.1.1. Alcaloides de las vincas: Investigaciones llevadas a cabo durante los años 60 mostraron la actividad citostática de extractos obtenidos de las hojas de la vinca de Madagascar (Catharanthus roseus G. Don). Posteriormente se caracterizó la presencia de un alcaloide indólico dimérico (C40), la vincaleucoblastina (vinblastina) que presentaba unos ciclos tridimensionales muy complejos. Seguidamente se inicio la investigación de otros alcaloides presentes en la planta, como la vincristina. Las perspectivas clínicas que ofrecían estos fármacos eran excelentes, pero se tropezaban con el inconveniente de su escasa presencia en la planta, a lo que se añadía un complicado proceso de extracción, con numerosos fraccionamientos cromatográficos. Sin embargo, las técnicas de laboratorio permitieron obtener a partir de vinblastina los derivados semisintéticos vindesina y vinorelbina, y la posibilidad de convertir la vinblastina en vincristina, lo que optimiza claramente el rendimiento, dado que el alcaloide que se encuentra en mayor proporción en la planta es vinblastina. La conversión de esta última en vincristina se realiza por N-desmetilación mediante métodos microbiológicos (Streptomyces albogriseolus) y posterior oxidación controlada con ácido crómico. La vinorelbina se obtiene a partir de la anhidrovinblastina por eliminación de un grupo metileno a este nivel (Figura 4). Tiene la ventaja de producir menos efectos neurotóxicos que los alcaloides naturales. Recordemos que la vinblastina está indicada fundamentalmente en la enfermedad de Hodgkin, en distintos tipos de linfomas, y en sarcoma de Kaposi. Las indicaciones de la vincristina se dirigen más hacia la leucemia aguda, el linfoma maligno no hodgkiano, y en diferentes regímenes poliquimioterapéuticos. En cuanto a la vindesina, sus indicaciones principales son el cáncer de mama, el esofágico de células escamosas y distintos tipos de leucemias, mientras que lo vinorelbina apunta hacia el carcinoma pulmonar y el carcinoma de mama avanzado.

34

N

N N H H3CO2C

N H H3CO2C H3 C

Vind Anhidrovinblastina

N H3C

Vinorelbina Vinorelbina

(Vind =vindolina) Anhidrovinblastina (Vind = vindolina)

H3CO

N H RH3CO3C

RCO3H (CF3CO)2O

OCOCF3 + N

OCOCH3 OH

H N + N H H3CO2C

N H H3CO2C H3 C

Vind

H3C

Vind

OH

OH

+ N

N

+ N H H3CO2C

N H H3CO2C Vind

H3 C

Vind

H3C

Figura 4. Conversión de anhidrovinblastina en vinorelbina. 4.3.1.2. Alcaloides de Camptotheca acuminata: La camptotecina es un alcaloide que se encuentra presente en los tallos y en la corteza de un árbol del suroeste de China denominado Camptotheca acuminata Derosne (Nyssaceae). A partir de este fármaco se han obtenido compuestos como irinotecán y topotecán. Su importancia radica en que se ofrecen nuevas alternativas eficaces en carcinoma colorrectal, el primero, y en carcinoma metastático de ovario, el segundo, bien solos o en combinación con otros fármacos. Los esfuerzos iniciales se dirigieron a la obtención de análogos más solubles, con menos toxicidad y una acción más selectiva (Figura 5). Algunos de estos derivados son la 10hidroxicamptotecina, un alcaloide que se encuentra en la planta en proporciones muy bajas, pero que resulta más activo que la camptotecina, y la 9-aminocamptotecina, una sustancia poco soluble en agua, pero con mayor actividad a menos dosis en comparación con la camptotecina. Posteriormente se obtuvo el compuesto topotecán, que además de su solubilidad en agua, su fácil obtención a partir de camptotecina y su amplia potencia, muestra un amplio espectro antitumoral. El irinotecán es un derivado dipiperidínico de la 7etil-10-hidroxi-(20R,S)-camptotecina. Se trata de un profármaco soluble en agua que se metaboliza rápidamente por la acción de carboxiesterasas para formar el compuesto activo, la 7-etil-10-hidroxicamptotecina.

35

CH3 7

9

HO

O

HO

O

10

N N

N

N

N

O

H3C

O

N

O

O

OH

10-hidroxicamptotecina

O

OH

H3C

O

H3C

Camptotecina

OH

O

7-etil-10-hidroxicamptotecina

CH3 N

CH3 N

HO

O

CH3 N

N N

O O

N

O

H3C

OH

O N

O

O

Topotecán

Irinotecán

H3C

OH

O

Figura 5. Obtención de los fármacos topotecán e irinotecán 4.3.1.3. Alcaloides de Rauwolfia serpentina: A partir de la raíz de Rauwolfia serpentina se han aislado más de 30 alcaloides que se clasifican en función del tipo estructural al que pertenecen. La reserpina, con estructura derivada del yohimbano, fue el primer alcaloide aislado de esta especie. Durante mucho tiempo se utilizó como antihipertensivo, y actualmente tiene interés como herramienta farmacológica por producir depleción de neuraminas a nivel presináptico.

N H3CO

N H3C

H

H

OCH3 H H3CO2C

CO2

OCH3

OCH3

Reserpina

OCH3

La ajmalina es otro alcaloide obtenido a partir de esta especie, derivado del heteroyohimbano, cuya estructura corresponde a la de un compuesto policíclico indolidínico con un grupo carbinol amina que le confiere una reactividad particular. Se trata de un antiarrítmico de corta duración de acción y activo únicamente por vía parenteral. A

36

partir de la ajmalina y por introducción de un grupo N-propilo, que provoca la cuaternización de dicho nitrógeno, se obtiene prajmalina, un derivado semisintético que presenta la ventaja de ser activo por vía oral. 4.3.1.4. Alcaloides de las quinas: Otro grupo de fármacos antiarrítmicos obtenidos a partir de alcaloides naturales lo constituyen los derivados de quinidina. La quinidina es el principal alcaloide obtenido a partir de las cortezas de quina (Cinchona sp.) y se puede obtener igualmente a partir de la corteza de Remija pedunculata (Rubiaceae) o por semisíntesis a partir de quinina. Fue el primer fármaco que se utilizo como antiarrítmico y actualmente ha mantenido su vigencia, como ejemplo del diferente comportamiento de las moléculas quirales. A partir de quinidina por hidrogenación del doble enlace de la cadena lateral del anillo quinuclidínico se obtiene la dihidroquinidina, un antiarrítmico semisintético con las mismas propiedades que la quinidina pero con mayor duración de acción (por bloqueo de canales de potasio).

OH

H

H

OH

HO

H

N

N

H

N

H

H3CO

H

H3CO

H3CO

N

N

Quinidina

N

Quinina

dihidroquinidina

4.3.1.5. Alcaloides de Papaver somniferum L.: Los alcaloides de la adormidera derivados de la isoquinoleína, los llamados morfinanos, son morfina, codeína y tebaína. HO

H3CO

H3CO

O

O

O

H HO

NCH3

H

H

NCH3

H3CO

HO

Morfina

NCH3

Codeína

Tebaína

La morfina es el principal alcaloide de la adormidera y prototipo del resto de los alcaloides opiáceos. Tiene una estructura pentacíclica, con un grupo amino, un puente epóxido entre los carbonos 4 y 5 y dos grupos hidroxilo, uno alcohólico en posición 6 y otro fenólico en posición 3. La codeína es el 3-metiléter de morfina y es el alcaloide opiáceo más utilizado. Su poder analgésico es menor, sin embargo, es un excelente antitusígeno que no provoca

37

adicción, debido a que se encuentra en la planta en proporciones relativamente bajas, se obtiene fundamentalmente por semisíntesis a partir de morfina, o a partir de tebaína. Esta última difiere de morfina y codeína principalmente porque posee un sistema dieno conjugado entre las posiciones 6-7 y 8-14. A pesar de no tener aplicación en clínica, su principal utilidad es la de servir como sustrato para la semisíntesis de otras estructuras (Figura 6). H3CO

H3CO

O NCH3

H3CO

HBr/H2O

O

H2O/AcOH H2/Pd H

HO

HO

H

O

NCH3

HO

O

NCH3

O

Tebaina

Oxicodona

Oximofona

H3CO

H3CO

O

O

NaBH4

HO H

H

O

NCH3

H

H

NCH3

HO

Codeinona

O

H

Codeina

N H H3CO

H HO

Buprenorfina

Figura 6. Derivados de Tebaína Tras el descubrimiento de la estructura química de la morfina se han realizado numerosas modificaciones estructurales que han conducido a la obtención de una amplia gama de fármacos opiáceos con perfiles farmacológicos diversos, de manera que en la actualidad, más del 90% de la morfina extraída de la adormidera se utiliza normalmente como sustrato para la obtención de otros derivados. El hidroxilo fenólico en el C-3 y el hidroxilo alcohólico en el C-6 de la morfina pueden ser esterificados dando lugar a la obtención de otros derivados. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la esterificación del hidroxilo C-3 determina la práctica desaparición del efecto analgésico, si bien se potencia el efecto antitusígeno, como ocurre en el caso de la codeína, codetilina y folcodina.

38

En la heroína (diacetilmorfina), los grupos hidroxilos de las posiciones 3 y 6 se encuentran esterificados por ácido acético y sus potentes y rápidos efectos están relacionados con una mayor liposolubilidad con relación a la morfina. Esto determina un mayor grado de difusión en un tejido fuertemente lipofílico como el nervioso. En la actualidad, gran parte de los alcaloides opiáceos utilizados en terapéutica se obtienen por hemisíntesis a partir de tebaína. La ventaja en la utilización de la tebaína es que la industria farmacéutica puede emplear otro material de partida diferente de la adormidera lo que permite reducir la producción incontrolada de morfina ilícita y su consecuente conversión en heroína. De ahí el interés actual en cultivar P. bracteatum en lugar de P. somniferum, ya que las cápsulas de dicha especie producen principalmente tebaína (3%) y trazas de codeína, pero no sintetizan morfina. La tebaína puede ser transformada de manera eficaz en codeína mediante una hidrólisis ácida catalizada para dar lugar a la formación de codeinona, seguida de la reducción selectiva del grupo carbonilo. También a partir de tebaína, por reducción del sistema dieno conjugado y posterior desmetilación a nivel del C-3, se obtienen dos potentes analgésicos: oxicodona y oximorfona, respectivamente. Por otra parte, las instauraciones 6-7 y 8-14 de la tebaína permiten la formación de estructuras Diels-Alder, es decir, el sistema dieno conjugado puede transformarse en otro anillo dando lugar a complejas y rígidas moléculas con potentes y singulares actividades, como la buprenorfina. 4.3.1.6. Alcaloides de Solanáceas: Otros alcaloides naturales empleados como sustrato para la obtención de principios activos por semisíntesis son los derivados tropánicos presentes en la familia de las Solanáceas. La industria farmacéutica utiliza especies de Datura, Hyoscyamus, y Duboisia para la extracción de atropina (hiosciamina), e hioscina (escopolamina). A partir de atropina se obtiene el metilbromuro de octatropina, una sal de amonio cuaternario que se ha utilizado como antiespasmódico y antisecretor gástrico. El ipratropio es particularmente útil en la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) al inhibir el espasmo bronquial. Se obtiene por hemisíntesis a partir de la noratropina mediante sucesivas isopropil y metil alquilaciones. Así mismo, y a partir de la escopolamina se ha obtenido por semisíntesis el tiotropio, fármaco anticolinérgico de larga duración debido a la presencia de dos grupos tiofuránicos que, administrado por vía inhalatoria, carece de efectos centrales y evita la broncoconstricción en EPOC. También a partir de escopolamina se obtienen dos derivados semisintéticos, el bromuro de butilescopolamina y el bromuro de metilescopolamina, ambos utilizados como antiespasmódicos (Figura 7). La diferencia entre los alcaloides naturales, con estructura de amina terciaria, y los derivados semisintéticos, con estructura de amonio cuaternario, solo se hace evidente en condiciones de sobredosificación. Los derivados de amonio cuaternario no atraviesan la barrera hematoencefálica y, por tanto, en caso de intoxicación no aparecen los síntomas de disfunción psíquica que se observan con los alcaloides naturales.

39

Br H3C

-

CH3 + N

OH

O O

H3C N

O H

O

CH2OH

Bromuro de butiescopolamina

O

-

O

Br CH3 H3C + N

Hioscina Escopolamina

OH

O O

O Bromuro de metilescopolamina

Figura 7. Alcaloides de las Solanáceas: Derivados de Escopolamina 4.3.1.7. Alcaloides del Cornezuelo del centeno: La gran variedad de alcaloides que produce el cornezuelo del centeno y su marcada actividad ha hecho que se estudien en profundidad desde el punto de vista farmacológico, pudiendo ser aplicados con buenos resultados en diferentes patologías. En efecto, el esclerocio del hongo Claviceps purpurea, parásito del centeno, produce dos series de alcaloides, de los cuales el grupo más interesante lo constituyen las ergopeptinas (alcaloides peptídicos), cuyos principales representantes son ergotamina y ergotoxina, esta última formada por una mezcla de ergocornina, α y β ergocriptina y ergocristina. Todos ellos van acompañados de sus correspondientes isómeros que se denominan igual pero acabados en inina. Durante mucho tiempo la demanda de los alcaloides por parte de la industria farmacéutica ha sido cubierta exclusivamente por la extracción de cornezuelos cultivados, infestando artificialmente campos de centeno, sin embargo, este proceso se realiza actualmente mediante procesos de cultivo saprofítitos. El método para desarrollar Claviceps en medio sintético se conoce hace más de 100 años, sin embargo, existen dificultades para lograr un rendimiento satisfactorio debido a las mutaciones, con la consiguiente degeneración de las cepas. Por este motivo, se emplea Claviceps paspali, que genera un importante rendimiento y es más resistente, por lo cual, el principio activo extraído es el ácido paspálico, isómero inactivo del acido lisérgico que puede convertirse en este fácilmente en el laboratorio. En estos alcaloides, la saturación del doble enlace 9,10 del núcleo ergoleno conduce a la pérdida de su actividad oxitócica al disminuir la rigidez molecular. De este modo, la ergotamina, utilizada como antimigrañoso por sus efectos vasoconstrictores puede ser nitrogenada en 9,10, manteniendo su actividad principal. 4.3.2. Lignanos: A partir de los lignanos del podofilo americano (Podophyllum peltatum

40

L., Berberidaceae) se han obtenido interesantes productos con actividad antineoplásica. Las investigaciones llevadas a cabo hasta la obtención de estos fármacos constituyen un buen ejemplo del desarrollo de nuevas estructuras químicas con nuevos mecanismos de acción y con importante utilidad clínica, a partir de productos de origen natural. El interés por el podofilo data de 1940, fecha en la que se demostraron las propiedades citostáticas de la podofilina, un extracto alcohólico obtenido de los rizomas de podofilo, cuyo principal constituyente era el lignano podofilotoxina. A partir de modificaciones estructurales de los glucósidos y agliconas de la podofilotoxina, se obtuvieron un gran número de derivados, de tal forma que en un periodo de 20 años se llegaron a obtener, aproximadamente, 600 derivados, de los cuales se investigo su posible actividad citostática. Una de las series de derivados más interesantes obtenidos a partir de los glucósidos del podofilo es la constituida por los acetales cíclicos, algunos de los cuales, como etopósido y tenipósido se encuentran comercializados. Actualmente, la investigación sobre los lignanos del podofilo se dirige, por una parte, a la optimización de las estructuras para obtener derivados con un perfil farmacológico más amplio y, por otra, al desarrollo de nuevas fuentes alternativas de podofilotoxina. Estos fármacos actúan como inhibidores de la topoisomerasa II. S

H3C O

O

O

O

HO

HO

O

O

OH OH

OH O

O

O

O

O

O O

O O

O

H3CO

OCH3

O

H3CO

OCH3

OCH3

Podofilotoxina

O O

OH

Etopósido

O

H3CO

OCH3 OH

Tenipósido

4.3.3. Terpenos: A partir de los diterpenos presentes en la corteza del tejo del pacífico (Taxus brevifolia Nutt., Taxaceae) se han obtenido también productos con actividad antineoplásica. Se trata de diterpenos tricíclicos derivados del núcleo del taxano, algunos de los cuales son estrictamente diterpenoides, como la baccatina III y sus derivados, y otros, como el paclitaxel, tienen además una función amida.

41

El paclitaxel, inicialmente denominado taxol (término que se emplea ahora comercialmente) se aisló a partir de la corteza de Taxus brevifolia, dentro de una línea de investigación dirigida a la obtención de productos naturales con actividad natural. Tras su aislamiento siguió un periodo de desinterés debido a que su fuente natural era muy limitada y su formulación farmacéutica muy complicada. Cuando se descubrió su efecto sobre los microtubulos celulares comenzó a ser considerado como un compuesto potencial para ser utilizado en clínica, sin embargo, la escasez del producto continuaba siendo un problema. Con el fin de solventar este inconveniente, se puso a punto un método viable para la obtención de paclitaxel por semisíntesis a partir de un análogo estructural, la 10-desacetilbaccatina III, un diterpeno que se encuentra en mayor proporción (0.02-0.1%) en las hojas de Taxus baccata y en variedades cultivadas de otras especies del género. El docetaxel es un derivado semisintético análogo de paclitaxel y obtenido también a partir de la 10desacetil-baccatina III, que se diferencia de este en que el grupo N-benzoilo de la cadena lateral (C-3’) esta sustituido por un grupo N-terbutoxicarbonilo, y en la posición C-10, que esta desacetilada en el docetaxel (Figura 8). HO

O

AcO

OH

O

AcO

OSi(C2H5)3

O O

H

HO HO

O

O

H

HO

OAc

HO

O

O

OSi(C2H5)3

O

N H

OAc

O

O

H

O HO

OH

O

OAc

O

O

10-desacetilbaccatina III 10-desacetilbaccatina III

AcO

CH3 H3 C H 3C

O

O

O

AcO

OH

O

O

N H OH

O

H

O HO

O

OH

O

N H

OAc

O

OH

O

H

O HO

O

OAc

O

O

Docetaxel Docetaxel

Paclitaxel Paclitaxel

Figura 8. Obtención de paclitaxel a partir de 10-desacetilbaccatina III. 4.3.4. Heterósidos cardiotónicos: Son un grupo de productos naturales que han adquirido un papel relevante en terapéutica desde la introducción de los digitálicos en la práctica médica. De los más de 300 aislados hasta la fecha, digoxina es el único utilizado actualmente en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca y en determinadas arritmias. Su distribución en la naturaleza está restringida a un número reducido de familias botánicas, entre las que se encuentran las Escrofulariáceas.

42

A partir de la digoxina, por la introducción de un grupo metilo adicional en la D-digitoxosa terminal de la digoxina, se obtiene la β-metildigoxina. Se trata de un compuesto más activo debido a su mayor biodisponibilidad que se absorbe amplia y rápidamente, lo que supone una alternativa terapéutica. 4.3.5. Saponinas triterpénicas del regaliz: Las saponinas triterpénicas presentes en la raíz del regaliz constituyen un importante material de partida para la síntesis parcial de otras sustancias activas. El constituyente principal de la raíz es la glicirricina, una mezcla de sales potásicas y cálcicas del acido glicirrícico. Este ácido es un diglucorónido del ácido glicirrético (enoxolona), fármaco utilizado como antiinflamatorio, que deriva del esqueleto de la β-amirina y en cuya estructura cabe destacar la presencia del grupo de la posición C30 y la cetona α-β insaturada en la posición C-11. A partir de la enoxolona, por esterificación del grupo hidroxilo del C-3 con un resto hemisuccinato, se obtiene la carbenoxolona, un fármaco utilizado en aftas orales (Figura 9). H3C

COOH

H

CH3

O CH3 HOOC O O

HO HO

CH3

H

O

HO HO HOOC

CH3

OH

H3 C

COOH

H

CH3

H3C

COH

O

Acido glicirricico

O

COO

H

CH3

O

CH3

CH3 H

CH3 H

COH

CH3

O

CH3

HO H3 C

-

H3C

OOC

O H3 C

Enoxolona

+

2Na

COH

Carbenoxolona

Figura 9. Saponinas triterpénicas del regaliz. 4.3.6. Hormonas esteroidales: Uno de los ejemplos más representativos de obtención de principios activos por hemisíntesis lo constituyen las hormonas esteroidales. En la actualidad, la mayoría de los esteroides producidos por la industria farmacéutica se obtienen por hemisíntesis a partir de sustancias de origen natural, debido a los inconvenientes que plantea el proceso de síntesis total (en razón de su complejidad por las

43

diferentes variaciones espaciales del propio núcleo). Para ello se parte de precursores de origen vegetal o animal que se modifican estructuralmente para obtener los productos deseados. Las primeras hormonas utilizadas en terapéutica se extrajeron a partir de órganos animales, pero sus bajas concentraciones requerían procedimientos muy largos y costosos. Posteriormente, el interés se centro en los ácidos biliares y más tarde se caracterizó un precursor abundante, la diosgenina, a partir de una batata mexicana (Dioscorea macrostachya, Dioscoreaceae). Desde esta sapogenina espirocíclica, y mediante un proceso de degradación química de los anillos E y F, se obtiene progesterona. A partir de progesterona y mediante la actuación de un microorganismo, Rhizopus arrhizus, se obtiene 11-α-hidroxiprogesterona con un alto rendimiento, a partir de ella se obtiene hidrocortisona (Figura 10). H3C

O

CH3 CH3

CH3 O

H H H

HO

H

Diosgenina OH O

CH3

HO

CH3

HO

CH3

H H

CH3 H

OH

H H

O

O

H

O 11-alfa-hidroxiprogesterona OH

CH3

HO CH3

Hidrocortisona

Arthrobacter simplex

OH

O OH

O

H H

CH3

CH3 H

H H

O

H

O Prednisolona

Cortisona

Figura 10. Obtención de hidrocortisona.

44

O OH

A continuación, por acción de Rhizopus nigricans, el grupo OH de la posición C-11 de la hidrocortisona se transforma en un grupo ceto, obteniéndose cortisona, la cual se deshidrogena en la posición 1 por acción de Corynebacterium simplex o por especies de Fusarium para dar lugar a prednisolona. Otra sapogenina empleada como material de partida para la obtención de hormonas esteroidales es la hecogenina, que se diferencia de la diosgenina por la ausencia de la insaturación a nivel de los C-5 y C-6 y la presencia de un grupo carbonilo en el C-12. Esta saponina se encuentra en forma de glicósido en los ágaves (Agave sisalana, Agave fourcroydes, Agavaceae) y sirve como material de partida para cerca del 5% de la producción mundial de esteroides, pudiéndose emplear para la síntesis de glucocorticoides y mineralocorticoides, debido a la presencia del grupo ceto en el anillo C. Esta función ceto es trasladada a la posición C-11 por métodos químicos o microbiológicos y a continuación se produce la degradación del anillo F para obtener finalmente hidrocortisona. 4.4. Métodos biotecnológicos: Hoy en día, la biotecnología se encuentra entre las áreas de interés para la producción de medicamentos de origen natural (Verpoorte, 2000). Tradicionalmente la farmacognosia se ha centrado en las plantas y ha prestado relativamente poca atención a microorganismos como fuentes de drogas. Cuando el cultivo biotecnológico de plantas emergió como una nueva posibilidad para la producción de metabolitos secundarios de plantas a mediados de la década del 70, los farmacognostas se movieron ávidamente en este campo. El objetivo fue la producción de compuestos farmacéuticos conocidos por medio de cultivos celulares de plantas. Basados en la enorme posibilidad de la producción de compuestos farmacéuticos usando bacterias, plantas, insectos o células mamíferas, la biotecnología también ofrece la ingeniería genética como una nueva e importante tecnología (Verpoorte, 2000). La ingeniería genética puede ser usada no solamente para incrementar el rendimiento en un organismo produciendo un producto farmacéutico determinado, también para introducir la producción de un compuesto valioso en otro organismo, por ejemplo, se pueden producir vacunas o proteínas con interés farmacéutico en plantas (Arntzen, 1997; Ponstein et al., 1996). Entre los métodos biotecnológicos utilizados para producir medicamentos tenemos: 4.4.1. Métodos microbiológicos: Se usan hongos y bacterias para sintetizar distintos principios activos, éstos producen los compuestos, los liberan al medio y entonces se extraen. Los microorganismos pueden producir los principios activos espontáneamente o inducidos por técnicas de ingeniería genética. La mayoría de los antibióticos son producidos por bacterias y hongos. Entre los hongos, son varios los antibióticos que se producen comercialmente, entre ellos, las penicilinas, cefalosporina C, griseofulvina y ácido fusídico tienen importancia clínica. En las bacterias existen muchos grupos taxonómicos que producen antibióticos. La mayor variedad en estructura y número de antibióticos se encuentra en los actinomicetos, especialmente en el género Streptomyces. Este género produce antibióticos como estreptomicina, tetraciclina, eritromicina y neomicina.

45

OCH3

H N

O

O

OCH3

S

O

N O

COOH

O

H3CO

Penicilina (Ej. Bencilpenicilina)

Cl

H3C

Griseofulvina

Penicillium notatum, P. chrysogenum

Penicillium griseofulvin y otros Penicillium spp.

Nota 18. Las penicilinas y cefalosporinas pertenecen a los agentes terapéuticos más efectivos en el control de las enfermedades infecciosas. La penicilina fue descrita por Fleming en 1929. Un grupo de investigación en Oxford, bajo la dirección de Florey y Chain, la aisló en 1940 a partir de cultivos de Penicillium notatum y la primera aplicación clínica de la penicilina se realizó en 1941. Las penicilinas son producidas por muchos hongos, particularmente especies de Penicillium y Aspergillus. Las penicilinas naturales son efectivas contra numerosas bacterias Gram +. Sin embargo, pueden ser inactivadas por hidrólisis del anillo ß-lactámico con penicilinazas, además la mayoría son lábiles en medio ácido y no están disponibles por vía oral, por ello, son administradas por vía intramuscular o intravenosa en forma de sales de sodio solubles en agua (Dewick, 2002a).

La obtención de mejores antibióticos se lleva a cabo por modificación de los compuestos conocidos utilizando medios químicos o genéticos (mutasíntesis, fusión de protoplastos, tecnología del DNA recombinante). Sin embargo, solamente por procesos de screening o tamizado se pueden esperar antibióticos con estructuras básicas nuevas, especialmente por la utilización de nuevos procedimientos de análisis y la utilización de microorganismos no investigados previamente. 4.4.1.1. Estatinas: La utilización del metabolismo de hongos y bacterias no solo ha permitido la obtención de compuestos con actividad antibiótica. Un claro ejemplo lo representan las estatinas. A partir de cultivos de Monascus ruber y Aspergillus terreus dentro de una línea de obtención de antibióticos, se aisló una molécula con marcados efectos hipolipemiantes, que resultó ser un potente inhibidor competitivo de HMG-CoA reductasa, y a la que se llamó mevastatina. A partir de este fármaco se obtuvo la lovastatina (Figura 11). Se trata de un compuesto cuya forma activa se logra tras la apertura del anillo lactónico, formando el correspondiente hidroxiácido. Este hidroxiácido es muy similar estructuralmente al propio ácido mevalónico, precursor metabólico del colesterol, cuya síntesis inhibe. La lovastatina es el fármaco empleado como cabeza de serie de los modernos hipolipemiantes, entre los que podemos destacar atorvastatina, simvastatina, fluvastatina y cerivastatina. 4.4.2. Cultivo de células y tejidos vegetales: El cultivo masivo de células vegetales se ha propuesto como una alternativa biotecnológica para el desarrollo de sistemas de producción de metabolitos secundarios. Sin embargo, después de más de 40 años de investigación y

46

desarrollo tecnológico, los casos exitosos que justifican técnica y económicamente su OH

O

OH

O OH CONH2

NH NH2 HN

OH HO

HO

N(CH3)2

OH NH

Tetraciclina HO

N H

O

NH2

O

O COH OH

OH

H

OH OH

OH

O

O

CH2OH

O O

O HO

O

O

N(CH3)2

OH

OCH3

NHCH3

Estreptomicina

OH O

OH

Eritromicina Nota 19. El número de antibióticos descritos continúa aumentando debido a los programas de búsqueda. En 1961 eran conocidos 513 antibióticos, 4076 en 1972, 7650 en 1985 y en 1990 alrededor de 8000. Cada año se detectan aproximadamente 300 nuevas sustancias con actividad antibiótica, de las que el 30-35% son componentes secundarios de las fermentaciones de antibióticos conocidos. Más de 50 antibióticos se producen como compuestos semisintéticos y 3 antibióticos (cloranfenicol, fosfomicina y pirrolnitrina) se producen en forma completamente sintética.

operación a nivel comercial son limitados, pudiéndose citar entre ellos la producción de shikonina por células de Lithospermum erythrorhizon y de Taxol por células de Taxus spp. (Trejo-Tapia & Rodríguez-Monroy, 2007). El cultivo de células y tejidos vegetales se basa en el principio de totipotencia celular, que establece que a partir de cualquier célula de una planta es posible regenerar un individuo completo. Mediante esta herramienta, es posible obtener cultivos de células no diferenciadas, como callos y suspensiones celulares, además de cultivos de órganos como brotes y raíces. Los sistemas que operan a nivel comercial usan principalmente cultivos de células en suspensión aunque también se reporta un proceso que opera con raíces transformadas (Guillon et al., 2006; Trejo-Tapia & Rodríguez-Monroy, 2007).

47

HO

O O

O H3C

O H3C

HO

CH3

CH3

CH3

HO

O OH OH

O

H3C Sinvastatina F

O O

CH3 N

H3C

O CH3

CH3

CH3 CH3

HO

O O OH OH

H3C

HN

Lovastatina F CH3 CH3 O

Atorvastatina

N

H3C H3C

CH3

Cerivastatina

Figura 11. Estatinas de Monascus ruber y Aspergillus terreus. El mantenimiento de estos cultivos depende de un adecuado suministro de nutrientes, así como de factores de crecimiento y de un medio de esterilidad controlado. No obstante, los cultivos de células se usan en casos concretos, ya que se oxidan con facilidad, requieren de una agitación constante, y por tanto consumo energético alto, sin embargo, mediante este sistema, la producción puede ajustarse de acuerdo a la demanda y asegurar un producto de calidad constante. En cultivos vegetales muchas plantas tienen saponósidos, por lo que al agitar sale espuma y dificulta la extracción de principios activos. Si se produce una multiplicación elevada las sustancias son muy viscosas. En muchos casos es difícil extrapolar resultados de pequeña escala a escala industrial, pero se pueden mencionar algunos ejemplos de la utilización de cultivos celulares. El taxol es un principio activo que se obtiene en cantidades muy pequeñas, por lo que se necesita mucha cantidad de corteza (droga), se ha visto que haciendo cultivos celulares se aumenta el rendimiento en un 1000 aproximadamente. Trabajos similares se han desarrollado con la shikonina, colorante y antibacteriano, se produce comercialmente por cultivo de células de Lithospermum y también se han venido desarrollando la producción de ginsenósidos y de alcaloides de Catharanthus roseus. Mediante el intenso estudio de los medios nutrientes y la laboriosa selección de razas de alta rendimiento a lo largo de varios años, los investigadores han conseguido actualmente, en algunos casos, rendimientos que,

48

expresados en mayores que prometedores cardioactivos, diversos.

tanto por ciento de peso seco de masa celular, son de cinco a diez veces el rendimiento conseguido a partir de la propia planta. Resultados a este respecto, han sido obtenidos en la producción de heterósidos antraquinonas, algunos esteroides como los ginsenósidos y alcaloides

En los cultivos a veces aparecen compuestos no detectados en la planta original; así una nueva cumarina, la rutacultina, ha sido aislada de cultivos celulares en suspensión de Ruta graveolens; se han caracterizado dos nuevas chalconas en cultivos estáticos (callus) de Glycyrrhiza echinata, nuevos alcaloides y antraquinonas de Cinchona ledgeriana y C. pubescens y alcaloides tropánicos en cultivos en suspensión de células de raíz de belladona. 4.4.2.1. Inducción del metabolismo secundario en cultivos celulares: Aunque las células no diferenciadas de un cultivo vegetal son generalmente totipotentes, es decir, contienen toda la maquinaria genética para la fabricación de la planta y todos los genes incluyendo los responsables del metabolismo secundario, generalmente los rendimientos de los compuestos que se desean obtener a partir del cultivo son bajos. No obstante, se incrementaba aparentemente la presencia de metabolitos secundarios pertenecientes a una clase de sustancias denominadas fitoalexinas. Estos compuestos son producidos bajo condiciones de stress por las plantas normales como resultado de estímulos nocivos a partir de factores físicos, químicos o microbiológicos. Cuando los cultivos celulares están sujetos a tales elicitores, algunos genes son amplificados, resultando entre otras cosas, en la formación de metabolitos secundarios los cuales son hallados en toda la plata. El uso de elicitores en estudios de cultivos celulares se encuentra en aumento y los ejemplos incluyen un rango desde inductores abióticos y bióticos, los cuales son mostrados en la tabla siguiente: Tabla 3. Inducción de la producción de metabolitos en cultivos celulares por varios elicitores. Elicitor

Cultivo celular

Efecto

Sulfato de Cobre

Lithospermum erythrorhizon

Incremento en la producción de shikonina Formación de fitoalexinas sesquiterpénicas

Ácido acetilsalicílico

Varias Solanáceas. Catharanthus roseus

Metil jasmonato Tiosemicarbazida

Cinchona robusta Panax ginseng

Micelios fúngicos esterilizados

Catharanthus roseus

Incremento en la producción de la suspensión celular. Aumento de compuestos fenolitos, furanocumarinas y antocianinas. Producción de nuevas antraquinonas. Promueve la biosíntesis de saponinas e inhibe la producción de fitosteroles. Producción de catarantina y estimulación de otros alcaloides indólicos. Incrementa 100 veces la producción de gossypol.

Gossypium arboreum

49

4.4.2.2. Conversión bioquímica por cultivos celulares vegetales: Igualmente se puede presentar conversiones bioquímicas en cultivos de células vegetales. La capacidad de cultivos de Digitalis lanata para efectuar glucosilaciones, hidroxilaciones y acetilaciones es de una posible significación comercial, la explotación comercial de este proceso hace posible utilizar los considerables depósitos de digitoxina que se acumulan como subproducto en la manufactura de digoxina a partir de Digitalis lanata. Se ha demostrado conversiones de monoterpenos con línea de células de Mentha capaces de transformar la pulegona y la (-)-mentona en (+)-neomentol y cultivos de suspensión de Cannabis sativa capaces de convertir el canabidiol en cannabielsoína. La ruda (Ruta graveolens) y sus cultivos de tejidos normales contienen ciertos números de componentes, entre los que se incluyen furanocumarinas, derivadas de 7-hidroxicumarinas. Se ha mostrado que dos moléculas químicas miméticas del precursor de la 7-hidroxicumarina, que son derivados 4metil y 8-metil, dan lugar cuando se siembran en el cultivo celular de ruda, a sus correspondientes análogos no naturales (figura 12). R2

HO

O

O

HO

R1

O

O

R1

Derivado 7-hidroxicumarina R2

O OH

O

R1

O

O

O

O

R1

Derivados de marmesina

R2

H3CO

O

Derivados de psoraleno

O

R1

Derivado de herniarina Figura 12. Conversiones bioquímicas en los cultivos celulares de Ruta graveolens. 4.4.3. Plantas transgénicas: 4.4.3.1. Plantas medicinales transgénicas sobre-productoras de compuestos de interés

50

terapéutico: La obtención de una planta transgénica requiere, en primer lugar, la disponibilidad de los genes capaces de conferir los caracteres deseados. Muchos de estos caracteres resultan de la expresión de diferentes genes, siendo necesaria la transferencia de todos ellos para obtener el carácter. Sin embargo, los procedimientos utilizados para la transferencia de genes al genoma vegetal, solo permite la transferencia simultánea de uno o de pocos genes. Esto explica porque la mejora de las plantas mediante ingeniería genética está dirigida de forma casi exclusiva a la transferencia de los denominados caracteres monogenéticos, es decir, de aquellos caracteres que resultan de la expresión de un solo gen, como son los que confieren resistencia a insectos, virus, herbicidas, entre otros. En el campo de las plantas medicinales, cuando el objetivo es incrementar la capacidad de una planta para producir un compuesto secundario mediante los procedimientos actuales de la transferencia de genes al genoma vegetal, se presenta el obstáculo de que los compuestos secundarios de interés son precisamente el resultado de la expresión de una cadena multigénica (es decir, son caracteres poligenéticos) debido a que en su biosíntesis participan varias enzimas, cada una de ellas codificada para un gen diferente. Sin embargo, es posible incrementar la producción de un metabolito secundario de interés, recurriendo a la ingeniería metabólica. Entre los diferentes ejemplos de la aplicación de la ingeniería metabólica para incrementar la producción de metabolitos secundarios de interés terapéutico, destaca la obtención de plantas transgénicas de Atropa belladona con probada mayor capacidad que la planta sin transformar, para convertir el alcaloide tropánico hiosciamina en el también alcaloide tropánico escopolamina. Ambos alcaloides son ampliamente utilizados en medicina como anticolinérgicos. Sin embargo, debido a que la hiosciamina (cuya forma racémica es la atropina) tiene ciertas acciones nocivas sobre el sistema nervioso central, la demanda en el mercado de la escopolamina es más de 10 veces superior. La conversión de la hiosciamina en escopolamina es catalizada por la enzima hiosciamina 6β-hidroxilasa, la cual se considera una enzima limitante del flujo de carbono en la ruta de biosíntesis de la escopolamina. En el ejemplo que se comenta, la construcción genética con el gen que codifica para hiosciamina 6β-hidroxilasa de Hyoscyamus niger, fue clonado bajo el control del promotor 35SCaMV en un plásmido binario y transferido al material vegetal (secciones de hojas de Atropa belladona) mediante el sistema Agrobacterium. Es evidente la idoneidad de la ingeniería metabólica para incrementar la producción in vivo de metabolitos secundarios. La principal limitación de esta tecnología, es que la mayoría de las rutas del metabolismo secundario solo son conocidas a nivel de intermediarios y enzimas. A pesar de que en los últimos años se han logrado numerosos avances a nivel enzimático, que han conducido a la clonación de algunos genes que codifican para estas enzimas, en pocos casos se ha logrado clonar todos los genes implicados en la biosíntesis de determinados compuestos secundarios. 4.4.3.2. La producción de proteínas recombinantes de interés farmacéutico en plantas: Las proteínas son ampliamente utilizadas en diversidad de investigaciones, en medicina y

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en la industria, pero la extracción de las proteínas desde sus fuentes puede ser un proceso difícil y costoso. Igualmente, la manipulación de tales proteínas desde sus fuentes naturales puede conllevar algunos riesgos, por ejemplo, muchas personas han contraído enfermedades con productos contaminados de la sangre (Ma et al., 2003). Los sistemas de producción tradicionales con fermentaciones microbianas, cultivo de células vegetales, mamíferas y animales transgénicos pueden tener inconvenientes en términos de costos, escalabilidad, producción segura y autenticidad. Recientes estudios han mostrado que el cultivo molecular en plantas tiene muchas ventajas prácticas, económicas y de seguridad en comparación con los sistemas tradicionales y así el uso de plantas para síntesis de proteínas a gran escala se presenta como una alternativa interesante (Ma et al., 2003). Sin embargo, la producción de proteínas en plantas es de interés para productos especiales. Por ejemplo, la producción de vacunas orales por medio de ingeniería genética en plantas comestibles (tales como bananos) está siendo desarrollada como una forma económica para ayudar a programas de vacunación en países del tercer mundo. La principal restricción de esto es que la mayoría de la vacunas no funcionan oralmente. 4.4.3.3. Plantas productoras de anticuerpos: Los anticuerpos son proteínas producidas por las células plasmáticas de la sangre que juegan un papel fundamental en el sistema inmunológico animal, siendo su función primaria la unión a antígenos de forma altamente específica. La capacidad de los anticuerpos de unirse a ciertos antígenos es la base de su utilización en diagnosis y en terapéutica. Existe abundante información acerca de la transformación de plantas de cultivo con genes que codifican para anticuerpos de mamíferos. La utilización de las plantas transgénicas como productores de anticuerpos, en lugar de los cultivos tradicionales de células de mamíferos, se basa en que ambos sistemas poseen una síntesis proteica muy similar incluyendo muchos pasos post-traduccionales. A la vez, las plantas transgénicas comestibles productoras de anticuerpos pueden representar un medio muy conveniente tanto para la producción como para la distribución de anticuerpos. El consumo por el hombre de estas plantas transgénicas comestibles, representa un fácil y atractivo medio para la aplicación tópica de anticuerpos específicos para antígenos causantes de enfermedades, principalmente bucales y gastrointestinales. Una de las aplicaciones de las plantas transgénicas productoras de anticuerpos que se encuentra en una base de estudio avanzada, es la obtención de plantas de tabaco capaces de biosintetizar anticuerpos monoclonales frente a Streptococcus mutans, agente causante de la caries. En este caso, los anticuerpos expresados en tabaco (hasta 200-500 Ig/g de hoja fresca), se encuentran ya en la fase II de los ensayos clínicos. Otros anticuerpos expresados en plantas transgénicas que se encuentran en fase avanzada de estudio son los específicos contra: la retrotranscriptasa del virus HIV; el virus de la hepatitis; agentes transmisores de enfermedades sexuales y el linfoma celular no ligado a la enfermedad de Hodgkin. Además, el tipo de plantas utilizadas para transformar se ha extendido a centeno, papa, y otras plantas comestibles.

52

5. METABOLITOS SECUNDARIOS 5.1. Introducción Un aspecto metabólico que distingue el reino animal del vegetal es la capacidad de las plantas y los hongos para producir sustancias que no son esenciales para su supervivencia. A esas sustancias se les denomina metabolitos secundarios. Estas sustancias no parecen participar directamente en el crecimiento o desarrollo ni tampoco son necesarias para que un organismo pueda existir como tal. Simplemente aportan a la especie que las produce una ventaja para responder a estímulos del entorno. Los animales superiores raramente producen metabolitos secundarios, si acaso pueden ser encontrados ocasionalmente en insectos y otros invertebrados. Los principales metabolitos secundarios se pueden clasificar en tres grupos diferentes: los compuestos fenólicos, los terpenoides (o isoprenoides) y los alcaloides. Los aproximadamente 8.000 compuestos fenólicos provienen de las llamadas vías biosintéticas del shikimato o del acetato/malonato. Los terpenoides derivan del isopentenil difosfato (IPP) por medio de la ruta del ácido mevalónico (se conocen unos 25.000). Mientras que los alcaloides contienen uno o más átomos de nitrógeno y derivan principalmente de aminoácidos, de ellos se conocen unos 12.000. Así pues, en el conjunto de las especies vegetales, se pueden diferenciar tres rutas biosintéticas que dan lugar a los metabolitos secundarios: • • •

Ruta del ácido shikímico Ruta del acetato-malonato (ruta de los policétidos) Ruta del ácido mevalónico (ruta de la condensación isoprénica).

Hay metabolitos secundarios que proceden de una ruta biosintética y los hay que proceden incluso de varias. La tabla siguiente indica la ruta biosintética que da lugar a los principales metabolitos secundarios: Compuestos fenólicos: Ácidos fenólicos. Cumarinas y lignanos. Flavonoides. Taninos. Antraquinonas. Los isoprenoides: Esteroides Terpenos Alcaloides

Ruta del ácido shikímico. Ruta del ácido shikímico. Ruta del ácido shikímico y ruta del acetato-malonato. Ruta del ácido shikímico y ruta del acetato-malonato. Ruta del acetato-malonato. Ruta del ácido mevalónico. Ruta del ácido mevalonico. Ruta del ácido shikímico y ruta del ácido mevalónico.

A continuación se hablará de cada uno de estos compuestos por separado.

53

5.2. Compuestos fenólicos Estos compuestos, uno de los grupos fitoquímicos mas ampliamente distribuido, son de considerable importancia, tanto estructural como funcional, para los organismos vivos, ya que realizan un amplio abanico de funciones biológicas (Balasundram et al., 2006). Además, se han asociado con los beneficios sobre la salud derivados del consumo de altos niveles de frutas y vegetales (Parr & Bolwell, 2000). Los efectos benéficos han sido atribuidos a su actividad antioxidante (Heim et al., 2002). Estructuralmente, los compuestos fenólicos están conformados por estructuras aromáticas con uno o varios sustituyentes hidroxilos, presentando un rango que va desde simples moléculas fenólicas hasta compuestos altamente polimerizados (Bravo, 1998). A pesar de su diversidad estructural, este grupo de compuestos es frecuentemente referido como polifenoles. La mayoría de los compuestos fenólicos están conjugados con mono y polisacáridos, unidos a uno o más grupos fenólicos. También pueden presentarse como derivados funcionales de ester y metil-ester (Balasundram et al., 2006). De tal diversidad estructural resulta un amplio rango de compuestos fenólicos, que pueden ser categorizados en varias clases, tal como se muestra en la tabla siguiente (Balasundram et al., 2006). De estos, los derivados de ácidos benzoicos e hidroxicinámicos, así como los taninos, son considerados como los compuestos fenólicos dietarios más abundantes (King & Young, 1999). Tabla 4. Clases de compuestos fenólicos en plantas. Clase

Estructura

Fenoles simples, benzoquinonas.

C6

Ácidos benzoicos.

C6 – C1

Acetofenonas, ácidos fenilacéticos.

C6 – C2

Ácidos cinámicos, derivados fenilpropanos.

C6 – C3

Naftoquinonas.

C6 – C4

Xantonas.

C6 – C1 - C6

Estilbenos, antraquinonas.

C6 – C2 – C6

Flavonoides, isoflavonoides.

C6 – C3 - C6

Lignanos, neolignanos.

(C6 – C3)2

Biflavonoides.

(C6 – C3 - C6)2

Ligninas.

(C6 – C3)n

Taninos condensados (proantocianidinas).

(C6 – C3 - C6)n

54

Se observa que los compuestos fenólicos constituyen un grupo muy numeroso de metabolitos secundarios los cuales derivan fundamentalmente de varias rutas biosintéticas. Entre ellas tenemos la ruta del Ácido shikímico. Este compuesto se aisló inicialmente en 1885 de la planta asiática "Shikimi-Noki" Illicium sp. (Illiciaceae) y es reconocido como el compuesto punto de partida para un vasto número de sustancias naturales. Su existencia como un discreto constituyente vegetal, ha sido observada en años recientes, pero no hay duda de que es el metabolito universal de las plantas superiores y de muchas clases de organismos no mamíferos. COOH

HO

OH OH

Ácido shikímico Los aminoácidos fenilalanina y tirosina, se sintetizan por reacciones posteriores del ácido shikímico con el ácido fosfoenolpirúvico (PEP), seguida de las transformaciones que se muestran en el esquema siguiente, vía del ácido corísmico como intermediario del ácido prefénico para luego formar el fenilpirúvico. En microorganismos y plantas, estos aminoácidos, se forman separadamente a partir del ácido prefénico. Los ácidos prefénico, fenilpirúvico y el p-hidroxifenilpirúvico son los precursores de fenilalanina y tirosina, estos aminoácidos son los constituyentes universales de proteínas y es punto de partida de la secuencia biosintética que lleva a los llamados compuestos fenilpropanoides (C6-C3).

55

La ruta principal para la producción de los ácidos cinámico a partir de fenilalanina o tirosina, se reveló cuando se encontró que los tejidos vegetales contienen sistemas enzimáticos capaces de catalizar la remoción de amoníaco de estos aminoácidos: COOH

COOH - NH3

NH2

R

PAL o TAL

R

R = H, Fenilalanina R = OH, Tirosina

R = H, Ácido cinámico R = OH, Ácido p-cumárico

Las evidencias experimentales muestran al parecer que la enzima fenilalanina amonio liasa (PAL) se encuentra ampliamente distribuida en los vegetales, mientras que la tirosina amonio liasa (TAL) se encuentra principalmente en ciertas gramíneas. Estas enzimas son esteroespecíficas ya que son capaces de desaminar los L-aminoácidos pero no los Daminoácidos. Los ácidos cinámicos producidos por acción de los aminoliasas, constituyen el punto de partida para una cantidad enorme de procesos metabólicos secundarios. Entonces, podríamos afirmar que el ácido shikímico vía ácido cinámico, es el precursor de la mayoría de constituyentes vegetales que contienen anillos aromáticos; dando un patrón de oxigenación en el anillo aromático claro, que permite reconocer los compuestos derivados de este; así, en compuestos aromáticos derivados del ácido shikímico, las posiciones oxigenadas son de tipo catecol (orto) o pirogalol (diorto), y en el caso de los fenoles monooxigenados son generalmente p-hidroxi-compuestos. Proceden de la ruta del shikímico los fenoles simples, los ácidos fenólicos, las cumarinas, los lignanos, los flavonoides y antocianos, y los taninos. COOH

COOH

COOH

NH2

HO

OH OH

Ácido shikímico

Fenilalanina

Fenilpropanoides: fenoles simples y ácidos fenólicos, fenilpropanos.

Cumarinas y lignanos

56

Ácido cinámico

Flavonoides y antocianos

Taninos condensados

5.2.1. Los fenilpropanos (Compuestos C6C3) Los fenilpropanos son los productos naturales más simples derivados del ácido shikímico y consisten de un anillo aromático con una cadena de tres átomos de carbono insaturada. Estos compuestos son biosintetizados por la oxidación de la fenilalanina por la enzima PAL, lo cual resulta en la formación del ácido cinámico. El ácido cinámico puede entonces sufrir un número de reacciones elaboradas para generar muchos de los fenilpropanos. La importancia fundamental de la secuencia de reacciones ácido shikímico → ácido prefénico → fenilalanina (o tirosina) → ácidos cinámicos, y la amplia distribución natural de los ácidos cinámicos y sus productos de biodegradación, lleva a la conclusión de que muchos compuestos naturales que contienen cadenas laterales de 3 átomos de carbono ligados a núcleos fenólicos, son productos de reducciones biológicas de los ácidos cinámicos; la naturaleza ofrece muchos ejemplos de casi todos los niveles de oxidación de la cadena lateral de estos compuestos.

Figura 13. Formación de fenilpropanos a partir de fenilalanina y tirosina. Una característica estructural general, en este tipo de sustancias es la presencia frecuente de funciones oxigenadas en posiciones 4, 3 y 4, 4 y 5 y 3, 4 y 5, que son las mismas posiciones oxigenadas presentes en el ácido Shikímico.

57

COOH 1 5 HO

4

3 OH

OH

Ácido Shikímico El ácido cinámico también puede ser reducido al correspondiente aldehído, cinamaldehído, el cual es el constituyente principal del aceite esencial de la corteza de canela (Cinnamomum zeylanicum, Lauraceae), y utilizado como especia y saborizante. Las hojas del Cinnamomum también tienen eugenol, el principal constituyente del aceite esencial de los clavos de olor derivados a partir de Syzygium aromaticum (Myrtaceae). El aceite de clavo fue utilizado como un anestésico y antiséptico dental, ambas propiedades debidas al eugenol. Hoy en día, el aceite es todavía utilizado para el tratamiento a corto plazo del dolor dental. Estos fenilpropanos pueden tener muchos grupos funcionales (por ejemplo: OCH3, O-CH2-O-, OH) y el doble enlace puede estar en diferentes posiciones en la cadena lateral C3 (ejemplo: eugenol versus anetol). Estos compuestos son comunes en plantas aromáticas, además presentan actividades frente a hongos y bacterias. Algunos miembros de esta clase también pueden causar inflamación. COOH NH2

Fenilalanina

COH

COOH

- NH3 PAL

reducción Ácido cinámico

Cinamaldehido

La miristicina es un componente de la nuez moscada (Myristica fragrans, Myristicaceae), y es considerada por ser el componente alucinógeno cuando la especie es ingerida en grandes cantidades. Este fenilpropano es muy lipofílico debido a la presencia de los grupos metilendioxo y metoxilo y se ha propuesto que in vivo el doble enlace del compuesto es aminado (un grupo amino es adicionado), resultando en la formación de un compuesto tipo anfetamina. Sin embargo, altas dosis pueden ser fatales y la ingestión de grandes cantidades de nuez moscada debería ser evitada. El safrol, y particularmente el trans-anetol, son los componentes principales del aceite esencial del anís (Pimpinella anisum, Apiaceae), del anís estrellado (Illicium verum, Illiciaceae) y del hinojo (Foeniculum vulgare, Apiaceae). Entre los derivados de los ácidos cinámicos, se encuentra el cloranfenicol (cloromicetina), agente bacteriostático de amplio espectro, inicialmente aislado de cultivos de Streptomyces venezuelae, se sintetiza a partir de la tirosina por medio de una aminación produciendo la p-

58

aminofenilalanina (L-APA), que luego de una serie de reacciones produce el cloranfenicol. Actualmente es sintetizado en forma de ésteres (succinato y palmitato); activo frente a bacterias gram-positivas y gram-negativas, incluyendo anaerobios, clamidias y ricketsias. Exhibe actividad bactericida frente a Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae y Neisseria meningitidis. Por sus efectos secundarios, actualmente no se considera antibiótico de primera elección. CH2OH HO

OCH3

OCH3

Eugenol

O

O

OH

OH

OCH3

O

Anetol

NHCOCHCl2

O

Miristicina

NO2

Safrol

Cloranfenicol

Los derivados del ácido cinámico se pueden encontrar en forma libre, tal y como lo muestra los ejemplos anteriores, sin embargo, también se pueden encontrar en la naturaleza formando ésteres con el ácido quínico (ejemplo: ácido clorogénico y cinarina), formando ésteres por unión a otro ácido fenólico, formando un dépsido (ejemplo: ácido rosmarínico), o unidos a azucares (heterósidos). HO HO

COOH

O

HO O

HO

COOH

O

O

O

OH

HO

HO

O

OH

Ácido clorogénico

OH

OH

Cinarina

OH

OH O

HO

COOH O

HO

Ácido rosmarínico

59

OH

Compuestos C6C2: Una clase de compuestos C6C2 que provienen de compuestos C6C3 por un proceso de descarboxilación, estos compuestos son derivados tipo acetofenona, estilbenos y fenil etanoides: O CH3

CH2

Estilbeno

Feniletanoide

CH3

Acetofenona

Compuestos C6C1: A partir de los ácidos cinámicos las plantas pueden generar compuestos aromáticos C6C1, formando inicialmente el éster de la coenzima A del ácido cinámico, el cual puede sufrir degradación de la cadena lateral, mediante un proceso enzimático similar a la β oxidación de los ácidos grasos. El esquema es e1 descrito a continuación:

E1 derivado del ácido benzoico así originado, puede descarboxilarse para generar compuestos C6, o sufrir una o varias etapas de reducción para generar derivados tipo benzaldehído, alcohol bencílico y compuestos derivados del tolueno. Los fenoles sencillos o compuestos C6, son poco frecuentes en la naturaleza y están en la planta en forma de heterósidos. Los más comunes son la arbutina (el β-D-glucopiranósido de la hidroquinona) y su éter metílico. La arbutina es derivada de la ruta del ácido shikímico→fenilalanina; esto se comprobó por experimentos en los cuales se administró fenilalanina, ácido cinámico, tirosina y ácido shikímico marcados con 14C, a hojas de Pera, Pyrus communis (Rosaceae), demostrando que la arbutina era originada a partir de estos precursores ya que efectivamente se aisló arbutina radiactiva. Estos resultados y la posterior demostración experimental de la formación de arbutina a partir de fenilalanina marcada en Grenvillea robusta (Proteaceae) confirmaron este hallazgo. La arbutina, denominado también arbutósido, se encuentra en las hojas de gayuba (Arctostaphylos uva-ursi, Ericaceae) y por hidrólisis produce hidroquinona y glucosa. La gayuba es un pequeño arbusto perenne de montaña, localizado en centro y norte de Europa y en Norteamérica. El extracto acuoso de las hojas secas de Gayuba, es tradicionalmente utilizado para el tratamiento de infecciones en las vías urinarias. La gayuba es diurética y astringente, durante la excreción ejerce una acción antiséptica sobre las vías urinarias, en forma tópica se usa para quitar manchas de la piel.

60

COH

COOH

2H

CH2OH

2H R

R

CH3

2H R

R

- CO2 Derivados del ácido benzoico

Derivados del benzaldehído

Derivados tipo alcohol bencílico

Derivados tipo tolueno

COH

OH

CH2OH

COOH

O-Glucosa

OH OCH3 O-Glucosa

Ácido salicílico

Vainillósido

COOH

hidrolisis COH

HO

O-Glucosa

Salicósido

Arbutósido

hidrolisis OH

CH2OH

OH

OH

OH

Ácido gálico OCH3

Compuestos C6 Bencenoides

OH

OH

Vainillina

Alcohol salicílico

Hidroquinona

Por su parte, el vainillósido se obtiene de los frutos de la vainilla (Vanilla fragans y Vanilla planifolia, Orchidaceae). Concretamente, la vainilla está constituida por los frutos inmaduros, curados y desarrollados, y es cultivada en México y en algunas islas del pacifico. La vainilla verde contiene heterósidos principalmente glucovanillina o vainillósido y alcohol glucovanillico. Durante el curado, estos compuestos sufren oxidación e hidrólisis, es así como a partir del vainillósido se produce glucosa y vainillina, esta última utilizada ampliamente como aromatizante. Otros constituyentes son anisaldehído y piperonal. Por otro lado, el salicósido se encuentra en la corteza del sauce (Salix alba, Salicaceae). Cuando se hidroliza el salicósido libera alcohol salicílico y glucosa. El sauce es utilizado frecuentemente como analgésico. 5.2.2. Los lignanos o compuestos (C6C3)2

61

Los lignanos son una clase de compuestos derivados de fenilpropanos ampliamente distribuidos en la naturaleza, formados por el acoplamiento oxidativo o dimerización de unidades fenilpropanos (C6C3) a través de sus cadenas laterales de tres átomos de carbono. Las principales unidades involucradas en la formación de lignanos corresponden a los alcoholes cinámicos coniferílico y sinapílico, mientras que el enlace entre las unidades corresponde principalmente a las posiciones β y β`. γ

γ` B

A

α

β

β`

α`

Estructura de los lignanos Los precursores de los lignanos pueden formar radicales libres y dimerizar enzimáticamente para formar los lignanos propiamente dichos, en donde los enlaces entre las unidades corresponde a las posiciones β y β`, también pueden formarse los neolignanos cuando las uniones son diferente al tipo β-β', o los lignanos conjugados. CH2OH

H3CO

CH2OH

+

HO

Alcohol coniferílico

H3CO

OCH3 OH

Alcohol sinapílico Acoplamiento enzimático Oxidación de un alcohol a ácido Formación de un anillo lactónico H3CO O HO O

H3CO

OCH3 OH

Lignano

62

Dependiendo de las cadenas laterales de los lignanos propiamente dichos, se pueden describir cinco grupos de estructuras fundamentales: Los diaril butanos cuando las cadenas laterales no son sustituidas como el caso del ácido guairético, los butirolactonas, en donde una de las cadenas es un ácido carboxílico y la otra un alcohol que al deshidratarse forman una lactona (saturada o insaturada), los furanos y furanoides, los furofuranos o difuranos, y las ariltetrahidronaftalenos (o tetralinas), las cuales tienen un enlace entre la posición α' y el anillo aromático A y forman un ciclohexano. De las tetralinas el compuesto podofilotoxina es uno de los más conocidos. Este producto natural, aislado de raíces y rizomas de especies de Podophyllum (Berberidaceae), y de otras especies, posee un sistema policíclico compuesto de 5 anillos, uno de ellos un anillo lactónico. Los diaril butanos H3CO

Las butirolactonas

O

CH3

H3CO O

HO

HO

CH3

OCH3

O O

OH

Ácido guairético

Chaerofilina

Los furanos y furanoides H3C O

O

O

CH3

HO

O

OCH3

O O

H3CO

Galbacina

OH

Furoguayacina

Los furofuranos o difuranos

Las ariltetrahidronaftalenos OH

CH3

O

O O

O

CH3

O O

H3CO

OH

Atenuol

Aschantina

63

OCH3 OCH3

Podofilotoxina

Los neolignanos, como se mencionó anteriormente, son los compuestos cuyas uniones son diferente al tipo β-β'. HO

COOH

CH2

O

HO

H3C O

OCH3

O

OCH3

O

OH

Eusiderina

OH

Ácido rosmarínico

OCH3

H3CO

CH2

O

H3CO H2C

H3C

H3CO

O-metil magnolol

O

H3CO CH2

Kadsurenona

Dentro de los lignanos conjugados existen los compuestos fenólicos como los flavolignanos, los cuales se dan por la condensación entre un fenilpropano y un flavonoide, y son constituyentes de Sylibum marianum (Asteraceae) o cardo mariano. OH

R

OH

O HO

O

OCH3

O

O HO

OH OH

OH

OCH3

O

Silibina Silicristina Constituyentes de Silimarina

64

OH

Se han aislado más de 500 lignanos en aproximadamente 60 familias, del orden Magnoliales y Piperales, se han encontrado principalmente en las familias Myristicaceae, Magnoliaceae, Piperaceae y Aristolacaceae. Gran número de lignanos y neolignanos poseen diferentes usos terapéuticos, en especial como inhibidores enzimáticos y antihipertensivos como los derivados del pinoresinol, potencializadores de la acción insecticidad como el aceite de sésamo, hepatoprotector como la schisandrina B aislada de los frutos de Schisandra chinensis (Magnoliaceae), etc. pero solo los derivados hemisintéticos de la podofilotoxina, con propiedades citostáticas y antimitóticas, y los flavolignanos del cardo mariano, con propiedades antioxidantes y hepatoprotectoras, se encuentran en formulaciones farmacéuticas y son explotados terapéuticamente. Los lignanos de la dieta tienen funciones protectoras para la salud, tal es el caso del secoisolariciresinol y del matairesinol, constituyentes comunes de ciertas plantas como Forsythia intermedia, así como de vegetales y granos (por ejemplo de vainas verdes y espigas). Durante la digestión, las bacterias intestinales convierten el secoisolariciresinol y el matairesinol en enterodiol y enterolactona respectivamente. Estos lignanos modificados penetran en la circulación entero-hepática conjugándose en el hígado, se excretan con la bilis, son desconjugados en el intestino por enzimas bacterianas, absorbidos por la mucosa intestinal y devueltos al hígado por la circulación porta. Se cree que el enterodiol y la enterolactona son responsables de la reducción sustancial de las tasas de incidencia de los cánceres de próstata y de mama. Por tanto, de esta protección se benefician individuos con una dieta rica en granos y vegetales que contengan grandes concentraciones de secoisolariciresinol y matairesinol. Algunas plantas con lignanos: Podofilo, Podophyllum peltatum (Berberidaceae): Es una planta herbácea, perenne, común en lugares húmedos del oriente de Canadá y Estados Unidos. La droga está constituida por las raíces y el rizoma desecado, y los principios activos corresponden a podofilotoxina y α y β peltatina, los cuales se obtienen precipitando el extracto alcohólico de la resina en agua (entre un 8-12%). La resina de podofilo es citotóxica y se usa localmente en el tratamiento de verrugas. Hyptis verticillata (Lamiaceae): Las partes aéreas de este arbusto de 1 a 2 metros de altura, son usadas por los indígenas centroamericanos, como antibacteriano y antiinflamatorio, antihelmíntico y antifúngico. Contienen triterpenos, esteroides y los lignanos podofilotoxina, β peltatina y ácido rosmarínico. Cardo mariano, Silybum marianum (Asteraceae): Hierba bianual que alcanza hasta los 2 m de altura, con hojas alternas, grandes, y el margen muy espinoso, limbo verde oscuro, brillante, con manchas blancas irregulares. Desde épocas antiguas, las semillas de Cardo Mariano han sido utilizadas en el tratamiento de los trastornos hepáticos. La semilla está compuesta por principios amargos, aceite esencial, resina, tiramina, hitamina y flavonas. La

65

sustancia más importante y que justifica su acción es la silimarina, una mezcla de flavolignanos amargos y con marcada acción hepato-desintoxicante y regenerador hepático, por lo que resulta particularmente útil en el tratamiento de trastornos hepáticos, tanto lesiónales como funcionales, tóxicos (tetracloruro de carbono, tioacetamida, paracetamol, etc.), e infecciones virales (hepatitis tipo A, B, etc.), entre otros. 5.2.3. Las cumarinas (compuestos C6C3)

HO

O

O

Estructura de una cumarina Las cumarinas son metabolitos derivados del ácido shikímico, formados cuando la fenilalanina o sus derivados, son deaminados e hidroxilados a ácidos transhidroxicinámicos. El doble enlace de este ácido es convertido a la forma cis por isomerización catalizada por la luz, resultando en la formación de un compuesto que tiene fenol y grupos ácidos en estrecha proximidad. Entonces estos pueden reaccionar intramolecularmente para formar el núcleo básico de las cumarinas con un anillo lactónico. COOH

COOH PAL orto-hidroxilación

NH2

OH

Fenilalanina

Ácido trans-hidroxicinámico Isomerización (luz UV)

Lactonización

O

O

OH

Cumarina

COOH

Ácido cis-hidroxicinámico

Formación de las Cumarinas. El término cumarina proviene de “Coumarou” nombre común de la haba tonca (Coumarouna odorata Aubl., Fabaceae). Son metabolitos típicos de plantas superiores y algunos pocos microorganismos, aunque tienen distribución limitada lo cual ha permitido

66

su uso para realizar clasificaciones de especies de acuerdo a su presencia (quimiotaxonomía). Se han aislado unas 1300 cumarinas naturales en unas 150 especies distribuidas en aproximadamente 30 familias, principalmente en Apiaceae, Fabaceae, Gramineae, Lamiaceae, Papilionaceae, Rubiaceae, Rutaceae, Solanaceae, etc. en forma libre o como glicósidos. También se encuentran cumarinas en ciertas bacterias y hongos, por ejemplo, las aflatoxinas de hongos del género Aspergillus que destacan porque son altamente tóxicas. Clasificación de las cumarinas Cumarinas sencillas: pueden tener sustituciones oxigenadas en las posiciones 6, 7 y 8 del núcleo bencénico. Los radicales son generalmente H, OH y OCH3 (hidroxi y metoxicumarinas). Casi todas las cumarinas poseen función hidroxilo o metoxilo en posición 7. R5 R6

R7

O

O

R8

Cumarinas sencillas Cumarinas preniladas: Llevan enlazadas al anillo cumárico unidades isoprénicas, generalmente C5 o C10.

H3CO

O

O

Cumarinas preniladas: suberosina Furanocumarinas: Llevan adosado al anillo de benceno un anillo de furano. Pueden ser 6,7-furanocumarinas y 7,8-furanocumarinas. En 1934 se aisló el primero de estos compuestos, el bergapteno (psoroleno metoxilado en posición 5) de Citrus bergamia y posteriormente la xantotoxina (8 metoxi psoroleno); en 1940 se identificaron estos compuestos como los responsables de producir fotodermatitis, estos compuestos son altamente fluorescentes bajo luz UV y aun en la región visible.

67

R1

O

O

O

R2

Furanocumarinas: R1 = R2 = H, psoraleno R1 = OCH3, R2 = H, bergapteno Piranocumarinas: Son las cumarinas que presentan unión con el núcleo pirano, generalmente en posiciones 6-7: tipo xantiletina, y 7-8: tipo sesilina.

H3C O

H3C

O

O

O

O

O

H3C

Piranocumarinas: 6,7 tipo: xantiletina

H3C

Piranocumarinas: 7,8 tipo: sesilina

Dicumarinas: Son estructuras diméricas como el dicumarol. El dicumarol se forma por fermentación bacteriana de tréboles y pasto, se aisló de hojas descompuestas de Melilotus albus (Fabaceae). El dicumarol (bishidroxicumarina) antogoniza con la protombina y otras proteínas necesarias para la coagulación de la sangre, presentando un problema para el ganado al consumirlo, también es utilizado comercialmente en venenos para ratas. A partir del dicumarol se desarrollaron los fármacos sintéticos warfarina y nicoumalona. R

OH

OH

OH

O

O

O

O

O

Dicumarinas: Dicumarol

O

O

R = H, Warfarina R = NO2, Nicoumalona Cumarinas diversas: Son cumarinas con diversas sustituciones alrededor del núcleo cumárico. Derivados de 3 fenil cumarinas del tipo cumestrol y el antibiótico novobiosina, son ejemplos de cumarinas diversas. Otro ejemplo de cumarinas diversas corresponde a las

68

aflatoxinas. Las aflatoxinas son un grupo de sustancias relacionadas estructuralmente con las cumarinas; son micotoxinas producidas por Aspergillus flavum y A. versicolor y que han sido la causa de mortalidad animal por ingestión de alimentos enmohecidos, provocando lesiones hepáticas. O O H3CO

NH2

H N

OH

O

OH

OH

O

O

O

OH

(CH2)2CH(CH3)2

O

O

CH3

HO

Novobiosina

O

O

Cumestrol O

O

O

O O

OCH3

Aflatoxina B La propiedad física más importante de estos compuestos es la fluorescencia generada con la luz ultravioleta (365 nm), propiedad ampliamente usada para su detección. Igualmente se conoce que algunas cumarinas son carcinogénicas y mutagénicas debido a la formación de aductos con bases pirimidínicas del DNA, tales como la timina, vía ciclo-adicción. Esta reacción puede ocurrir con una o dos bases pirimidínicas, lo cual puede resultar con un entrecruzamiento con el DNA. A pesar de lo anterior, estos compuestos presentan un amplio rango de actividad biológica, podemos citar: la acción anticoagulante y antibacterial del dicumarol, la acción antibiótica de la novobiocina, la hepatoxicidad y carcinogenicidad de ciertas aflatoxinas, la acción estrogénica del cumestrol, la acción fotosensibilizadora de ciertas furanocumarinas, etc., se destaca además, el uso de cumarinas como saborizantes y en perfumería. Algunas plantas con cumarinas: Meliloto, Melilotus officinalis (Fabaceae): El meliloto constituye una especie forrajera de hojas trifoliales y flores amarillas, ampliamente distribuida, su nombre deriva del griego méli miel, por ser una de las plantas silvestres más visitada por colibríes y abejas, también se le conoce como trébol oloroso, debido a que luego de ser recolectada, por su desecación desarrolla un olor agradable. La droga contiene como principios mayoritarios flavonoides,

69

saponinas triterpénicas pentacíclicas y ácidos fenólicos, todas las especien en especial las de flores amarillas contienen el o-hidroxi cinámico (melitósido), el cual se hidroliza dando lugar a la lactonización y a la cumarina. Por una inadecuada conservación de la planta, se origina a partir de esta, el dicumarol, sustancia anticoagulante que han producido procesos hemorrágicos en el ganado. El apio, Apium graveolens (Apiaceae): La droga está constituida por los frutos maduros desecados y en general por las partes aéreas, los cuales contienen entre 2-3% de esencia constituida por terpenos con pequeñas cantidades de anhídrido y lactonas del ácido sedanólico y fenoles. Cumarinas, furanocumarinas, colina, tirosina, glutamina, asparagina, apiona, oleonesina. Los frutos son utilizados tradicionalmente como digestivos, carminativos, diuréticos, tranquilizantes y anticonvulsivantes. Semillas y corteza del Castaño de indias, Aesculus hippocastanum (Hippocastanaceae): Contiene diversos principios activos como saponinas (escina) y taninos. Por sus saponinas triterpénicas y flavonoides, es utilizado para tratar flebitis, varices, hemorroides y problemas vasculares. Además contiene glucósidos cumarínicos (esculósido, esculetósido). 5.2.4. Los flavonoides (compuestos C6C3C6) Los flavonoides son pigmentos naturales presentes en los vegetales que protegen al organismo del daño producido por agentes oxidantes, tales como los rayos ultravioletas, la polución ambiental, sustancias químicas presentes en los alimentos, entre otras. El organismo humano no puede producir estas sustancias químicas protectoras, por lo que deben obtenerse mediante la alimentación o en forma de suplementos. Están ampliamente distribuidos en plantas, frutas, verduras y en diversas bebidas y representan componentes sustanciales de la parte no energética de la dieta humana (Martínez-Flórez et al., 2002). Estos compuestos contienen en su estructura química un número variable de grupos hidroxilo fenólicos, lo cual les confiere una gran capacidad antioxidante y excelentes propiedades de quelación del hierro y otros metales de transición. En las plantas, los flavonoides se encuentran como O o C-glicósidos. Los O-glicósidos presentan sustituciones a nivel del azúcar, las cuales están unidas a los grupos hidroxilo de las agliconas, mientras que en los C-glucósidos, los grupos del azúcar están unidos a carbonos de la aglicona. Los carbohidratos más comunes son ramnosa, glucosa, galactosa y arabinosa. Por todo ello, estos compuestos presentan una gran variedad estructural. De hecho, no debería sorprender el gran número de flavonoides presentes en la naturaleza. Son conocidos alrededor de 6.500 flavonoides, entre los cuales se incluyen más de 3.000 flavonas y aproximadamente 700 isoflavonas (Rijke et al., 2006). La notable diversidad estructural y funcional de los flavonoides presentes en las plantas, ha proporcionado las bases para la investigación en áreas que van desde la genética y la bioquímica a la ecología, la evolución y la salud humana. Además, desempeñan un papel esencial en la protección frente a los fenómenos de daño oxidativo, y tienen efectos terapéuticos en un elevado número de patologías. Es así como son reconocidas sus actividades antialérgicas, antiinflamatorias, antivíricas, anticancerosas y antioxidantes. Igualmente, afectan a una gran cantidad de enzimas y proteínas asociadas a la fotofosforilación (Winkel-Shirley, 2006).

70

OH HO

O

OH

O

Estructura de los flavonoides Biosíntesis de los flavonoides Biosintéticamente, los flavonoides pueden considerarse como tetracétidos de síntesis mixta, ya que utilizan el p-cumaroil-CoA como molécula iniciadora, a la cual se unen tres moléculas de malonil-CoA. El p-cumaroil-CoA proviene de la ruta del ácido shikímico, y el malonil-CoA implica a la ruta del acetato-malonato. La entrada en la ruta de los fenilpropanoides se produce por la acción de la fenilalanina amonio liasa (PAL). Este enzima, mediante un proceso de desaminación oxidativa, actúa sobre la L-fenilalanina (LPhe) dando lugar al ácido cinámico. Posteriormente, el ácido cinámico es convertido al ácido p-cumárico, el cual es activado en forma de p-cumaroil-CoA gracias a la 4-cumaroilCoA-ligasa (4CL) (Julsing et al., 2006; Green, 2007). A su vez, la ruta del acetato-malonato se inicia con la formación de malonil-CoA, a partir de acetil-CoA, mediante la acetil-CoAcarboxilasa (ACC). El primer paso en la biosíntesis de flavonoides es una condensación secuencial del pcumaroil-CoA, como molécula iniciadora, con tres moléculas de malonil-CoA y posterior condensación intramolecular de Claisen, catalizado todo por la chalcona sintasa (CHS), que da lugar a la naringerinchalcona (familia de las chalconas), molécula de estructura C6C3-C6, precursora de todos los flavonoides hallados en el reino vegetal (Springob et al., 2003; Green, 2007). En las plantas, la naringeninchalcona, de color amarillo, es convertida a la flavanona incolora (2S)-naringenina por medio de la chalcona-flavanona isomerasa (CHI), aunque también es posible que en la ausencia de CHI, la isomerización ocurra espontáneamente (Springob et al., 2003). Por su parte, los estilbenos, como el resveratrol, se sintetizan mediante la acción de la estilbeno sintasa (STS), que actúa de forma similar a la CHS, de manera que a una molécula de p-cumaroil-CoA se unen 3 moléculas de malonilCoA; pero, en este caso, el proceso de ciclación se produce mediante una condensación aldólica, dando lugar a una estructura básica de tipo C6-C2-C6, a partir de la cual se forman los estilbenos (Dewick, 2002b). Clasificación de los flavonoides El término “flavonoide” se utiliza normalmente para describir una amplia colección de productos naturales que presentan una estructura difenilpropano (sistema C6-C3-C6), formado por dos anillos aromáticos (A y B) unidos por una unidad C3, la cual puede estar

71

OH NH2

C4H

PAL

HO

HO

HO

O

O

L-fenilalanina (L-Phe)

O

ácido cinámico

ácido p-cumárico

Ruta de ácido shikímico

OH

HO

OH

4CL

Estilbenos (resveratrol)

Ruta del acetato-malonato O

Me

O

ACC SCoA

acetil Co-A

OH

Me

STS condensación aldólica

O

CoAS

SCoA

O

malonil Co-A

p-cumaroil-CoA

CHS condensación de Claisen OH

Ruta mixta HO

OH

OH

O

naringeninchalcona cona CHI OH

HO

O

OH

O

Flavanona (naringenina)

Figura 14. Biosíntesis parcial de flavonoides tipo flavanona. PAL, fenilalanina amonio liasa; C4H, cinamato-4-hidroxilasa; 4CL, 4-cumaroil-CoA-ligasa; STS, estilbeno sintasa; CHS, chalcona sintasa; ACC, acetil-CoA-carboxilasa; CHI, chalcona-flavanona isomerasa (Adaptado de Dewick, 2002b; Green, 2007).

ciclada formando un O-heterociclo (anillo C). La mayoría de los flavonoides presentan, por tanto, una funcionalidad fenilbenzopirano. Dependiendo de la unión del anillo aromático con el fragmento benzopirano (cromano), este grupo de productos naturales puede dividirse

72

en tres tipos fundamentales: Los flavonoides propiamente dichos (2-fenilbenzopiranos) (1), los isoflavanoides (3-fenilbenzopiranos) (2), y los neoflavonoides (4-fenilbenzopiranos) (3) (Marais et al., 2006). Estos, a su vez, pueden presentarse como monómeros, dímeros y oligómeros. Los biflavonoides (4), que se presentan de forma natural como dímeros de flavonoides, pueden unirse por enlaces de tipo C-C o C-O-C (4a y 4b, respectivamente) (Yamaguchi et al., 2005). Los polímeros (oligómeros) más importantes constituyen el grupo de los taninos condensados. Todos estos grupos de compuestos comparten un precursor común, una chalcona; por consiguiente, están biogenética y estructuralmente relacionados (Marais et al., 2006). Según el grado de oxidación y de saturación de la fracción C3 (anillo C) de los 2-­‐ fenilbenzopiranos   (flavonoides   propiamente   dichos), los flavonoides se clasifican en diferentes grupos, los más significativos de los cuales son: los flavanos, las flavonas y flavonoles, las flavanonas y flavanonoles. 5' 6' 8

O

7

4'

3'

2

O

O 3

4

2' 3

6 5

4

1

2 O

OH

3 OH

O

OH HO

O

OH HO HO

O

O OH HO

OH

O

O

O

4a

OH

O

4b

Tipos fundamentales de flavonoides y biflavonoides. Las flavonas se forman por acción de la flavona sintasa (FNS), que crea un doble enlace entre las posiciones 2 y 3. La mayoría de las flavonas están glucosidadas, constituyendo uno de los grupos de flavonoides más numerosos (Martens & Mithöfer, 2005). Los 4hidroxiflavanos se originan mediante la dihidroflavonol-4-reductasa (DFR), la misma

73

O

O

R O

Las chalconas

O

Los flavanos

O

R O

O

Las flavonas R = H Las flavonoles R = OH

Las flavanonas R = H Las flavanonoles R = OH

OH

Antocianidinas

Clasificación de los flavonoides propiamente dichos. enzima que convertirá los dihidroflavonoles en leucoantocianidinas. Las isoflavonas se forman gracias a la actividad del complejo de la isoflavona sintasa (IFS), y a partir de ellas se origina el resto de isoflavonoides. Debido a que la IFS es un complejo enzimático de distribución restringida, los isoflavonoides, se presentan prácticamente solo en la familia de las Fabaceae (Ayabe & Akashi, 2006). Los flavanonoles se sintetizan por acción de la flavanona-3-hidroxilasa (F3H), y a partir de ellos pueden formarse los flavonoles (por acción de la flavonol sintasa, FLS) y las leucoantocianidinas (por acción de la dihidroflavonol-4-reductasa, DFR). A partir de las leucoantocianidinas pueden formarse antocianinas (previa formación de antocianidinas) y taninos condensados (previa formación de catequinas o epicatequinas). Las antocianinas se forman previa conversión de las leucoantocianidinas en antocianidinas por acción de la antocianidina sintasa (ANS), las cuales dan lugar a las antocianinas mediante las antocianidina-3-glucosiltransferasas (3GT) (Xie & Dixon, 2005). Los taninos condensados constituyen el grupo de polímeros de flavonoides más significativo. Son productos de polimerización (cadenas de 4 a 8 unidades) de 3-hidroxiflavanos (catequinas y epicatequinas) y de 3,4-dihidroxiflavanos (leucoantocianidinas). Las catequinas (2,3-trans-) se originan a partir de las leucoantocianidinas por acción de la leucoantocianidina reductasa (LAR), mientras que las epicatequinas (2,3-cis-) se forman a partir de las antocianidinas mediante la antocianidina reductasa (ANR) (Figura 15) (Dixon et al., 2005; Xie & Dixon, 2005).

74

Pueden presentarse modificaciones en el patrón de hidroxilación en los dos sistemas aromáticos de los diferentes tipos de flavonoides, también es posible encontrar modificaciones debidas a metilaciones, glicosilaciones y alquilaciones, incrementando enormemente el rango de compuestos. Realmente, la mayoría de flavonoides están glicosidados, siendo los más abundantes los glicósidos de flavonas, flavonoles y antocianidinas. La glicosidación puede incluir, además de monosacáridos, una gran variedad de disacáridos y trisacáridos, que suelen acumularse en las vacuolas o en las secreciones hidrofílicas. Funciones de los flavonoides Algunos flavonoides participan en las interacciones planta-animal, así por ejemplo, los colores de las flores y frutos, los cuales normalmente funcionan para atraer a los polinizadores y dispersadores de las semillas, suelen proporcionarlos antocianinas presentes en las vacuolas celulares, tales como las pelargonodinas (naranja, salmón, rosa y rojo), las cianidinas (magenta y crisol), y las delfinidinas (púrpura, malva y azul). Otros flavonoides relacionados, como son los flavonoles, las flavonas y chalconas, también contribuyen a la definición del color. La manipulación por el hombre del color floral afectando las síntesis de determinados flavonoides ha tenido bastante éxito, particularmente en las petunias. Determinados flavonoides, como por ejemplo el kaempferol, pueden aportarle a la planta protección frente a la radiación UV-B. Otros pueden actuar como atrayentes de insectos, como es el caso de la isoquercitina en las moreras, un factor implicado en el reconocimiento de sus especies hospedadoras. En contraste, otros flavonoides como son las proantocianidinas dan mal sabor a ciertas partes de la planta actuando así como repelentes de herbívoros. Los flavonoides apigenina y luteolina sirven como moléculas señal en las interacciones simbióticas entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Por otro lado, los isoflavonoides están implicados en inducir respuesta de defensa ante el ataque de hongos en la alfalfa y otras especies vegetales. Respecto a utilidades para el hombre, se ha visto que hay flavonoides que tienen cualidades farmacológicas y protectoras para la salud. Se ha demostrado que algunos modulan el sistema inmune y las respuestas inflamatorias, por su impacto en la función del músculo. También los hay con cualidades anticancerígenas, antivirales, antitóxicas, y protectoras del hígado. Hay un considerable interés en el uso de los isoflavonoides para la prevención del cáncer, ya que el consumo con la dieta de los isoflavonoides daidzeina y genisteina, los cuales están presentes en la soja, se piensa que reducen sustancialmente la probabilidad de padecer cáncer de mama o próstata en humanos.

75

OH

OH

HO

O R

OH

FNS

HO

O R

OH

O

IFS

Isoflavonas

O

Flavanonas R = H, naringenina R = OH, eriodictiol

Flavonas R = H, apigenina R = OH, luteolina

F3H OH

OH

FLS HO

O

HO

O

R

R

OH OH

OH

O

OH

O

Flavonoles R = H, kamferol R = OH, quercetina

Flavanonoles R = H, dihidrokamferol R = OH, dihidroquercetina

DFR OH

HO

O R

OH

LAR

HO

O R

OH

OH

OH

OH

Catequinas R = H, afzalequina R = OH, (+) catequina

OH

Leucoantocianidinas R = H, leucopelargonidina R = OH, leucocianidina ANS OH O+

HO

R

OH OH

Taninos condensados

Epicatequinas

ANR

Antocianidinas R = H, pelargonidina R = OH, cianidina

3GT

Antocianinas

Figura 15. Biosíntesis de diversos flavonoides. FNS, flavona sintasa; IFS, isoflavona sintasa; F3H, flavanona-3-hidroxilasa; FLS, flavonol sintasa; DFR, dihidroflavonol-4-reductasa; LAR, leucoantocianidina reductasa; ANS, antocianidina sintasa; ANR, antocianidina reductasa; 3GT, antocianidina-3-glucosiltransferasas (Dewick, 2002b; Xie & Dixon, 2005; Green, 2007).

76

Drogas con flavonoides A continuación se destacan algunas de las principales drogas que contienen flavonoides describiendo brevemente ciertas características: Droga Hojas de trigo Sarraceno Fagopyrum esculentum

Hojas de Eucalipto Eucalyptus macrorrhyncha Eucalyptus globulus Hojas del ginkgo Ginkgo biloba

Frutos de cardo mariano Silybum marianum

Principales Características componentes Quercetina y rutina La rutina es una sustancia (glicósido de la venotónica. Tiene acción oxitócica quercetina) y emenagoga. Además tiene acción antiespasmódica, antiséptica y antirreumática. Quercetina y rutina Presenta acción antiespasmódica, (glicósido de la antiséptica y antirreumática. quercetina) Flavonoides Es un tónico venoso debido a los glicosidados, lactonas flavonoides. Produce terpénicas policíclicas. vasorelajación arterial y aumenta la resistencia de los capilares, disminuyendo la hipersensibilidad. Su indicación principal es como vasodilatador periférico. Flavanolignanos Es un hepatoprotector capaz de (silimarina) antagonizar los efectos tóxicos de ciertas sustancias que atacan las células hepáticas.

5.2.5. Compuestos poliméricos: 5.2.5.1. Ligninas o polímeros de fenilpropanos: Son polímeros de unidades C6-C3 con un peso molecular alrededor de 8.000, correspondiente a aproximadamente 40 unidades y constituye entre un 22 y un 34% de la madera. Contienen tres tipos de residuos aromáticos el Guaiacil o coniferil, el siringil o sinapil y el p-cumaril. Los polímeros de las Gimnospermas contienen solo residuos de alcohol coniferílico, las Angiospermas dicotiledóneas contienen los residuos coniferil alcohol y sinapil alcohol, mientras que las Angiospermas monocotiledóneas contienen los tres residuos coniferil alcohol, sinapil alcohol y p-cumaril alcohol. Las ligninas refuerzan las paredes celulares especializadas, permitiéndoles soportar el masivo peso en tierra y transportar agua y minerales desde la raíz a las hojas.

77

Gimnospermas

OCH3 OH

Angiospermas dicotiledóneas

OCH3

H3CO

OCH3 OH

OH

Angiospermas monocotiledóneas

OCH3

H3CO

OCH3

OH

OH

OH

Residuos guaiacil o coniferil

Residuos sinapil

Residuos cumaril

5.2.5.2. Taninos Además de los flavonoides, otra clase de productos naturales responsables de la astringencia en plantas y alimentos son los taninos. Este grupo comprende compuestos polifenólicos solubles en agua, los cuales tienen un alto peso molecular. Los taninos son capaces de precipitar ciertas macromoléculas (proteinas, celulosa, gelatina). Esta capacidad para precipitarlas es la base para sus propiedades principales: su capacidad de curtir la piel y su poder astringente. Para que una estructura polimérica se pueda considerar tanino, debe de tener un peso molecular comprendido entre 500 y 3000 (aproximadamente). Por debajo o por encima de estos valores, la estructura no se intercala entre las macromoléculas, o si lo hace, no forma estructuras estables. Clasificación de los taninos Los taninos se dividen en dos grandes grupos, los taninos hidrolizables y los taninos condensados (también denominados taninos catéquicos o protoantocianidinas).

78

Los taninos hidrolizables son esteres formados por una molécula de azúcar (generalmente glucosa) unida a un número variable de moléculas de ácidos fenólicos (ácido gálico o su dímero, el ácido elágico) derivados del shikímico. Los taninos hidrolizables son característicos de Dicotiledóneas. Se hidrolizan tanto por hidrólisis acida o básica como por hidrólisis enzimática. Al tratar los taninos hidrolizables con cloruro férrico (FeCl3) aparece una coloración azul. HO O HO OH

O HO

OH

O

HO HO

O

O

O

OH O

HO

O

O

OH

HO

OH OH

Taninos hidrolizables Los taninos condensados, también llamados catéquicos o protoantocianidinas, son polímeros flavánicos con uniones carbono-carbono, entre las diferentes unidades de flavan3-ol. Se forman por polimerización de las catequinas y leucoantocianos. Además de encontrarse en dicotiledóneas, se producen también en helechos y gimnospermas. Son muy resistentes a la hidrólisis. Solo resultan afectados por la hidrólisis acida o enzimática (que rompe ciertos enlaces) y se convierten en antocianidinas. Por destilación seca producen catecol, por este motivo reciben el nombre de taninos catéquicos. Al tratar los taninos condensados con cloruro férrico (FeCl3) aparece una coloración verde.

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OH OH HO

O

R OH OH

OH

OH HO

O

R OH

OH

R = H, OH. n = 1,2,3,....8

OH OH

HO

O

R OH

OH

Taninos condensados Protoantocianidinas En el recuadro siguiente se esquematizan las principales características de ambos tipos de taninos y se representa un ejemplo de la estructura básica de cada uno de ellos: Tipos Estructura

Taninos hidrolizables Taninos condensados Azúcar + ácido gálico o ácido Polímero flavánico elágico. (flavan-3-ol). Distribución Dicotiledóneas. Dicotiledóneas, helechos y gimnospermas. Hidrólisis ácida Se hidrolizan fácilmente: liberan Son mucho más resistentes: el azúcar y el ácido gálico o producen antocianidinas. elágico. Hidrólisis básica Si No Hidrólisis enzimática Si Si Test de FeCl3 Coloración azul oscura Coloración verde. Acciones y usos

80

Las acciones farmacológicas de los taninos están relacionadas con sus propiedades. Sus principales acciones y usos son: • •

• •

• • •

Antídotos en intoxicación por metales pesados y alcaloides: debido a su capacidad para formar estructuras complejas con estas sustancias. Astringentes: debido a su capacidad para precipitar proteínas de la piel (curtido de la piel), proteínas salivares, etc. Por sus propiedades astringentes se usan por vía externa como cicatrizantes y por vía interna como antidiarreicos. El efecto antidiarreico lo ejercen en el intestino, y para evitar los ardores del estómago que producirían, se administran combinándolos con albúmina o gelatina. De esta forma el tanino no se libera hasta llegar al intestino, donde hay medio básico. Antisépticos: tienen una acción bactericida y bacteriostática. También ejercen un efecto antifúngico. Protectores: los taninos aplicados en pomada de uso externo impermeabilizan la piel y la protegen de los agentes externos. Si hay una cicatriz favorecen la regeneración (reepitelizante) y tienen poder analgésico. Aplicados sobre heridas sangrantes pueden tener una acción hemostática (antihemorrágica). Los taninos condensados son protectores de la pared venosa y hemostáticos y se utilizan en supositorios antihemorroidales. Antioxidantes: son capaces de captar radicales libres e inhibir la peroxidación lipídica. Inhiben la autooxidación del ácido ascórbico (vitamina C). Efecto hipocolesterolémico: disminuyen los niveles de colesterol en sangre y aumentan su metabolismo. Son factores antinutrientes: ciertos taninos disminuyen la eficacia de los alimentos porque inhiben las enzimas endógenas (interacciones con dichas enzimas) o porque se absorben y ejercen un efecto sistémico de precipitación de las proteínas de la dieta.

Drogas con taninos: A continuación se destacan algunas drogas que contienen taninos: Droga Hojas de hamamelis Hamamelis virginiana Hojas del nogal blanco Juglans cinerea.

Principales componentes Taninos hidrolizables, ácidos fenólicos, flavonoides. Taninos condensados e hidrolizables. Juglona.

Características Astringente. Astringente (antidiarreico). Antiparasitario.

5.2.6. Las Quinonas y compuestos relacionados. Las quinonas son compuestos aromáticos con dos grupos cetona, frecuentemente en para (1,4) y en muy pocos casos en orto (1,2). Son dicetonas insaturadas que por reducción se convierten en polifenoles.

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O

OH

O O

Reducción Oxidación

O

para-benzoquinona (1,4) Quinona

OH

Hidroquinona

orto-benzoquinona (1,2)

Tipos de quinonas: Benzoquinonas: Con una estructura derivada del benceno. Estos compuestos tienen muy poco interés en farmacia. Son ejemplo de benzoquinonas las plastoquinonas, situadas en los cloroplastos donde intervienen en la fotosíntesis de las plantas, y las ubiquinonas, localizadas en las mitocondrias donde intervienen en los procesos de respuesta del vegetal. Naftoquinonas: Con una estructura derivada del naftaleno. Estos compuestos tienen interés en farmacia debido básicamente a su poder antiséptico (tanto antibacteriano como antifúngico). Son ejemplos de naftoquinonas la plumbagona de drosera (Drosera rotundifolia), con poder antitusivo y la juglona del nogal blanco (Juglans cinerea), con propiedades antisépticas. O

O

O CH3

O

Naftoquinona

OH

O

Plumbagona

OH

O

Juglona

Derivados antracénicos: Presentan una estructura derivada del antraceno pero con el anillo central más o menos oxidado lo cual permite diferenciar los distintos tipos de derivados antracénicos. Generalmente están en forma de heterósidos: hay O-heterósidos, Cheterósidos e incluso O y C-heterósidos a la vez. Destacan por sus propiedades laxantes, y son de gran interés en farmacia. Los compuestos antracénicos pueden clasificarse según su estado de oxidación en diferentes grupos estructurales: •

Antraquinonas: Con dos funciones cetona en el anillo central.

82

• • • •

•

• •

Antrahidroquinonas: Forma reducida de las antraquinonas con dos grupos hidroxilos en el anillo central. Oxantronas: Con una función cetona y una función alcohol en el anillo central. Antronas: Con solo una función cetona en el anillo central. Antranoles: Tautómeros de las antronas. Si están libres (aglicón libre), las antronas y antranoles se oxidan fácilmente a antraquinonas. Las antronas forman a menudo diantronas. Diantronas: Compuestos diméricos de las antronas. Puede observarse en el caso de las diantronas que si las dos unidades básicas son idénticas, se dice que son homodiantronas (por ejemplo las senidinas A y B), mientras que si son diferentes, se las llama heterodiantronas (por ejemplo las senidinas C y D). Naftodiantronas: Son dímeros antronas con uniones adicionales entre las dos unidades. Dihidroantranoles: Tienen solo una función alcohol en el anillo central. Son muy inestables y se degradan con facilidad.

La figura siguiente muestra las estructuras básicas de las clases de compuestos antracénicos y los diferentes procesos de oxidación y reducción. La clasificación se refiere al núcleo cíclico. Estos núcleos llevan además sustituyentes en diferentes posiciones. En las posiciones 1 y 8 siempre hay hidroxilos (OH). A menudo en la posición 3 hay funciones ácido (COOH) o hidroximetilo (CH2OH) o metilo (CH3). En ocasiones también están sustituidos en la posición 6. Estas moléculas se encuentran unidas a azúcares formando heterósidos antracénicos. La unión al azúcar es por el OH de la posición 8. Si contienen un segundo azúcar, éste se une por la posición 6 en los O-heterósidos y en la posición 10 en el caso de los C-heterósidos.

83

O

Ox. OH

Red.

O

Red.

Antraquinona Forma mas oxidada

Antranol

Tautomería

O

OH

OH

Ox.

Antrahidroquinona

Antrona

Tautomería

O

Ox.

H

Dimerización

O

Red.

OH

OH

O

Diantronas

Oxantrona H

H

Dihidroantranol O

O

Naftodiantronas

84

A continuación se presentan algunas de los derivados antracénicos más importantes: OH

O

1

8

R2

Antraquinonas

OH

3

10

6

R1

O

OR2

O

R2 H H H OH OCH3

CH3

R1 Ramnosa

R2 Glucosa

Apiosa

Glucosa

Ramnosa Apiosa

H H

O

OR2

O

R1

O

R1 CH2OH CH3 CH2-ORamnosa CH2OH

R2 H H H

CH3

Glucosa

COOH R

O

Glucosa

Aloína Crisaloína Aloinósidos A y B Cascarósidos A y B Cascarósidos C y D

Diantronas

OH

R1 COOH CH2OH

Glucosa-O

Glucofrangulósido A Glucofrangulósido B Frangulósido A Frangulósido B

C-Heterósidos

OH

Glucosa

Glucosa-O

Crisofanol Aloemodina Reina Emodina Fisciona

O-Heterósidos

OH

R1O

R1 CH3 CH2OH COOH CH3 CH3

OH

85

Senósidos A y B Senósidos C y D

Biosíntesis de antraquinonas y compuestos antracénicos Las antraquinonas y demás compuestos antracénicos citados, son biosintetizados por la ruta del acetato-malonato, conocida también como la ruta de los policétidos, por condensación de eslabones C2 hasta dar una molécula que finalmente se cicla. Esta ruta sucede en el caso de los hongos, líquenes y plantas superiores de las familias Ramnáceas, Poligonáceas y Leguminosas. En este proceso, una molécula de acetilCoA se condensa sucesivamente con 7 moléculas de malonilCoA para producir una cadena policetídica de 16 carbonos u octacétido. Luego, el octacétido se pliega y se cicliza por condensaciones entre los grupos metilenos y sus vecinos carbonilos para dar el triciclo cetónico. Este intermedio enoliza para generar el núcleo de las antronas. El núcleo de las antronas puede dimerizarse enzimáticamente para producir diantronas, o puede oxidarse para dar antranoles y/o antraquinonas. La secuencia se indica, de forma resumida, a continuación: O

AcetilCoA + 7 MalonilCoA

O

O

O

O

O

O

SCoA O

- 3 H2 O HO

Enoliza

O

SCoA OH

O

OH

Dimeriza

SCoA

O

O

O

O

Oxidación

O O HO

COOH OH

O

OH

Otros compuestos antracénicos

O

86

O

También se considera que ciertos derivados antracénicos proceden de la ruta del ácido shikímico, en las familias Rubiáceas, Gesneriáceas, Escrofulariáceas, Verbenáceas y en las Bignoniáceas. Distribución Los derivados antracénicos abundan en hongos (cornezuelo de centeno), insectos y plantas superiores, sobre todo en ciertas familias de dicotiledóneas como poligonáceas, ramnáceas, leguminosas, euforbiáceas, cesalpináceas, pináceas, escrofulariáceas y rubiáceas. En las plantas inferiores como los líquenes, se conoce una gran variedad de antraquinonas, incluyendo antraquinonas halogenadas como por ejemplo la 7-cloroemodina. También se han reportado compuestos antracénicos sulfatados. Estas sustancias pueden encontrarse en diferentes partes de la planta como hojas, tallos, madera y frutos. Generalmente en la planta se encuentran las formas combinadas y reducidas (antranoles y antronas) y en la droga desecada se encuentran frecuentemente las formas oxidadas (antraquinonas). Los derivados antracénicos más frecuentes son las antraquinonas, las antronas y las diantronas. Sin embargo, existen todavía dudas acerca del verdadero estado natural de estas sustancias, pues existen evidencias experimentales de ciertas plantas, las cuales demuestran que las antraquinonas no se encuentran como tales en ellas, sino que son productos de degradación enzimática de las correspondientes formas reducidas (es decir, las antronas y los antranoles). Según esto, las antraquinonas aisladas corresponden a productos de oxidación de antronas o antranoles. Por lo anterior, antes de realizarse reportes de antraquinonas vegetales debe considerarse esta posibilidad. Acciones farmacológicas La principal acción de los derivados antracénicos es su poder laxante (aumentan el peristaltismo). Ejercen también un efecto colagogo (favorecen la salida de bilis de la vesícula biliar) y a dosis elevadas y según el estado de los principios activos, tiene un efecto purgante. Interesa administrar los antracenósidos (los heterósidos) que no se absorben en el tracto gastrointestinal (mientras que las geninas libres sí se absorben, lo cual produce efectos indeseables) para que lleguen al intestino grueso, concretamente al colon, donde por acción de las β-glucosidasas intestinales se hidrolizan y se reducen, a antranoles y antronas. Éstas son las formas activas que irritan la mucosa intestinal y producen el efecto laxante. La acción aparece generalmente unas 8-10 horas después de su administración. Surten también un efecto hidrogogo, es decir, producen un aumento del aporte de agua y electrólitos a la luz intestinal. El uso de estos laxantes tiene efectos indeseables, sobre todo cuando se abusa de ellos. Los principales efectos nocivos son la aparición de diarreas e hipopotasemia (disminución de los niveles de K+) y también se puede observar la lesión de la mucosa intestinal (coloración negruzca) con dolores abdominales, náuseas y vómitos. No conviene usarlos durante más de 8 días. Relación estructura-actividad: La actividad estás directamente relacionada con su estructura. De este modo: a) Los heterósidos primarios (con todos los azúcares) son más activos que los heterósidos secundarios (que han perdido alguna unidad de azúcar); por

87

ejemplo, el glucofrangulósido A es más activo que el frangulósido A. b) Son más activas las geninas (aglicones) en forma reducida: por ejemplo, las antronas tienen un efecto laxante drástico. c) La actividad también depende del grado de hidroxilación del aglicón; así: los aglicones con un OH no son activos, los que tienen dos OH son activos y los que tienen 3 todavía más. A más OH generalmente se observa un efecto mayor siempre que dichos OH no estén en posición orto. Drogas con antracenósidos Las especies que presentan derivados antracénicos son numerosas pero destacan las que se esquematizan en la tabla siguiente. Droga Zumo desecado de las hojas de Penca zábila. Aloe sp.

Principales componentes Aloína (C-heterósido), aloinósido (O-heterósido de la aloína).

Rizoma del Ruibarbo. Glucósidos de Rheum officinale y antraquinonas, antronas, Rheum palmatum. antranoles, homodiantronas (senósidos A y B), heterodiantronas (reicina). Hojas y frutos del Sen. Senósidos A, B, C y D, Cassia sp glucosenósidos. Corteza de la Cáscara Cascarósidos A, B, C y D, sagrada. barbaloína, crisaloína, Rhamnus purshiana. diantronas.

88

Características A dosis muy bajas: aperitivo, estomacal, colagogo. A dosis superiores: laxante y emenagogo. A dosis muy elevadas: purgante y oxitóxico. A dosis muy bajas: estomacal, eupéptico y colerético. A dosis superiores: laxante. A dosis muy elevadas: purgante y vermífugo. Laxante. Purgante a dosis muy elevadas. Laxante o purgante según la dosis, ligero efecto eupéptico y colagogo.

5.3. Terpenoides Los terpenoides, o isoprenoides, son metabolitos secundarios formados a través de la ruta de la condensación isoprénica, o ruta del ácido mevalónico, los cuales se forman por repeticiones de una molécula de cinco átomos de carbono llamada isopreno. Los compuestos terpenoides son muy numerosos y de estructura diversa. Se pueden encontrar tal cual o formando parte de estructuras más complejas (saponinas) o de mezclas complejas (aceites esenciales). Algunos compuestos tienen solo una parte de la estructura de naturaleza isoprénica y se consideran de origen mixto. Biosíntesis de los terpenoides Todos los terpenoides son sintetizados a través de la condensación de isopentenil difosfato (IPP), una molécula de 5 átomos de carbono, y su isómero alílico, el dimetilalil difosfato (DMAPP). Estas moléculas de 5 átomos de carbono se biosintetizan por la ruta de la acetilcoenzima a través de un intermedio común que es el ácido mevalónico. Sin embargo, recientemente se ha propuesto que estas unidades estructurales no se originan exclusivamente por esta ruta, sino también por una ruta alterna que puede involucrar piruvato, gliceraldehído-3-fosfato y un intermedio de 5 átomos de carbono: 1-desoxixilulosa-5-fosfato. Independientemente del origen, una unidad de IPP puede condensarse con muchas unidades DMAPP mediante un proceso de condensación comúnmente denominado condensación "cabeza-cola", siendo la cabeza la función pirofosfato y la cola el extremo donde están ubicados los metilos. La mayoría de los terpenos, los terpenos regulares, son producidos por medio de este mecanismo, mientras que los menos comunes, los terpenos irregulares, son producidos por otro tipo de unión entre las unidades constitutivas o por rearreglos de la estructura regular. La figura de la página siguiente esquematiza el proceso de condensación de dos moléculas de 5 átomos de carbono (IPP y DMAPP) para dar origen a una molécula de 10 átomos de carbono: geranil pirofosfato (GPP). Esta sustancia es el precursor inmediato de todos los monoterpenos naturales. La condensación de geranil pirofosfato con una nueva unidad IPP da origen al farnesil pirofosfato (FPP), el cual es el precursor de todos los sesquiterpenos naturales, y posteriormente al geranilgeranil difosfato (GGPP), el cual es el precursor lineal de la mayoría de los diterpenos. Los triterpenos y tetraterpenos son biosintetizados a partir de la condensación de dos moléculas de geranil pirofosfato y dos geranilgeranil difosfato, respectivamente. Clasificación de los terpenoides Los terpenoides se clasifican por el número de unidades de isopreno que los componen, así: Hemiterpenos: C5, formados por una molécula de isopreno. Es el terpenoide más simple, es un producto volátil producido por los tejidos fotosintéticos. Se cree que el isopreno lo producen ciertas plantas para hacer frente a las altas temperaturas. El isopreno a su vez,

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participa en cierta medida en la producción del ozono de la troposfera. En general, los hemiterpenos son de escaso interés farmacológico.

Monoterpenos (C10)

Sesquiterpenos (C15)

Triterpenos (C30)

Diterpenos (C20)

Tetraterpenos (C40)

Figura 16. Biosíntesis de los terpenoides. Monoterpenos: C10, formados por dos moléculas de isopreno. Los monoterpenos suelen ser los componentes de las esencias volátiles de las flores y de los aceites esenciales de las hierbas y especias, en los que pueden constituir incluso el 5% del peso seco de la planta. Los monoterpenos se pueden aislar tanto por destilación como por extracción, y son utilizados para la producción industrial de sabores y perfumes. De acuerdo a la estructura tenemos dos tipos de monoterpenos, los monoterpenos regulares cuya biosíntesis se da por acoplamientos cabeza-cola entre las dos unidades isoprénicas y se encuentran en los aceites esenciales, y los monoterpenos irregulares como los iridoides, secoiridoides y piretrinas.

90

Sesquiterpenos: C15, formados por tres moléculas de isopreno. Al igual que los monoterpenos, muchos sesquiterpenos aparecen en los aceites esenciales. A su vez, muchos sesquiterpenos actúan como fitoalexinas (antibióticos producidos por las plantas en respuesta al ataque de microorganismos) y como agentes repelentes de herbívoros. Diterpenos: C20, formados por cuatro moléculas de isopreno. A este grupo pertenecen el fitol (que forma parte de la estructura de las clorofilas); hormonas giberelinas; ácidos resinosos de coníferas y especies de leguminosas; fitoalexinas y numerosos metabolitos farmacológicamente importantes, como es el caso del taxol, un agente anticancerígeno encontrado a muy bajas concentraciones en la corteza del tejo, y la forscolina, un compuesto utilizado para tratar el glaucoma. Triterpenos: C30, formados por seis moléculas de isopreno. A este grupo pertenecen los brasinosteroides (que son otro tipo de hormonas vegetales), los fitoesteroles, que componen las membranas celulares, algunas fitoalexinas, y compuestos que forman parte de las ceras (recubren y protegen los frutos, tal como el caso del ácido oleanóico de las uvas). Tetraterpenos: C40, formados por ocho moléculas de isopreno. A este grupo pertenecen los carotenos, que son pigmentos que poseen funciones importantes en la fotosíntesis. Poliisoprenoides: (C5)n. El papel de los poliisoprenoides libres permanece aún incierto. Generalmente se cree que como constituyentes de membrana, estos compuestos modulan las propiedades de las mismas. Estudios biológicos han mostrado que los poliisoprenoides y sus fosfatos incrementan la permeabilidad y la fluidez del modelo de membranas e incrementan la fusión entre ellas. Recientemente fue postulado un aporte importante en la glicosilación de proteínas (Swiezewska & Danikiewicz, 2005). Meroterpenos: Son moléculas mixtas que llevan en su composición isopreno, así por ejemplo, la vincristina y la vinblastina, que son alcaloides con propiedades anticancerígenas, contienen fragmentos de terpenoides en su estructura. Otros ejemplos son las hormonas vegetales citoquininas y algunos fenilpropanoides que contienen cadenas de isopreno. Además, hay muchas proteínas que gracias a su unión covalente a cadenas de isopreno, pueden quedar ancladas a las membranas celulares. La abundancia y distribución de los diferentes compuestos monoterpenos, diterpenos, triterpenos, etc., es enorme, por lo tanto se agrupan de acuerdo al siguiente esquema para facilitar su estudio: •

Terpenos: Dentro de este grupo se agrupan las estructuras terpénicas diferentes a las que aparecen en los aceites esenciales, saponinas o heterósidos cardiotónicos. 1.1. Monoterpenos Iridoides: Valeriana Secoiridoides: Genciana

1.2. Sesquiterpenos Valeriana Árnica

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1.3. Diterpenos Tejo del pacífico. 1.5. Tetraterpenos Carotenos • • •

•

1.4. Triterpenos Lanolina 1.6. Poliisoprenoides Caucho

Aceites esenciales: Están formados por mezclas complejas de compuestos entre los que hay compuestos isoprenoides, sobre todo monoterpenos y sesquiterpenos. Saponinas: Hay dos tipos de saponinas, las saponinas triterpénicas y las esteroídicas. Heterósidos cardiotónicos: Tienen una estructura formada por una azúcar y un aglicón esteroídico. De acuerdo a las características de los heterósidos cardiotónicos, estos se dividen a la vez en cardenólidos y bufanólidos. Isoprenoides de origen mixto: Por ejemplo, los cannabinoides.

5.3.1. Terpenos 5.3.1.1. Iridoides Los iridoides son compuestos de naturaleza monoterpénica (C10) con una estructura que contiene el núcleo de tetrahidrociclopentano-pirano. Pueden estar en forma libre en el vegetal pero generalmente forman heterósidos. Se consideran monoterpenos irregulares ya que no siguen el sistema general de condensación isoprénica.

O

Tetrahidrociclopentano-pirano Isovaleril-O

OH

O CH2OAc

O-Glucosa

HO HO

Isovaleril-O

O

Valtrato

O

Harpágido

Entre las principales especies productoras de iridoides con interés farmacológico se encuentra la valeriana, una especie que destaca por sus propiedades sedantes y tranquilizantes. Las características generales de la valeriana se resumen en la siguiente tabla:

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Droga/especie Raíces, rizoma y estolones de valeriana. Valeriana officinalis. Raíces secundarias de harpagofito o garra del diablo. Harpagophytum procumbens.

Componentes Iridoides: valepotriatos, Sesquiterpenos: valeranona, valerenal, ácido valeránico. Iridoides: harpagósido, procumbido, procumbósido. Azúcares, gomorresina, flavonoides y fitosteroles.

Acciones Sedante, tranquilizante, hipnótico suave, antiespasmódico, carminativo. Analgésico, antiinflamatorio, antiespasmódico, diurético.

5.3.1.2. Secoiridoides Son estructuras monoterpénicas semejantes a los iridoides pero en las que el anillo de ciclopentano está abierto, y en pocas ocasiones, el oxigeno del anillo pirano es remplazado por el nitrógeno (ej. Actinidina, un alcaloide monoterpénico simple). COH O

HO O H3C

Glucosa-O

OCH3

H2C

OCH3

Glucosa-O

O

Loganina (iridoide)

O

Sacologanina (secoiridoide)

Entre las principales especies con secoiridoides destacan la genciana y las hojas del olivo. Droga/especie Raíces de genciana, Genciana lutea. Hojas del olivo, Olea europaea.

Componentes Secoiridoides: genciopicrósido, amarogenciósido, triterpenos, alcaloides. Secoiridoides: oleuropeósido.

Acciones Amargo, aperitivo, eupéptico, colerético, antipirético. Hipotensor, antiarrítmico, dilatador coronário, antiespasmódico.

5.3.1.3. Sesquiterpenos Tal como se mencionó anteriormente, los sesquiterpenos se encuentran frecuentemente formando parte de los aceites esenciales, pero también hay sesquiterpenos distintos de los que se encuentran en dichos aceites. Entre ellos destacamos las lactonas sesquiterpénicas presentes en el árnica o los sesquiterpenos que contiene la valeriana. Las lactonas sesquiterpénicas se localizan casi de forma exclusiva en la familia de las Compuestas (Asteráceas). Destacan sobre todo las lactonas sesquiterpénicas del árnica (helenalina), de la matricaria o manzanilla criolla (partenólido) y las de Artemisia annua (artemisinina).

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Droga/especie Capítulos de árnica, Arnica montana.

Componentes Lactonas sesquiterpénicas: helenalina y derivados, triterpenos pentacíclicos, taninos, flavonoides, carotenos, cumarinas, aceite esencial. Partes aéreas de la Lactonas sesquiterpénicas: manzanilla criolla, partenólido, costunólido, reinosina Tanacetum entre otras. parthenium. Flavonoides: apigenina, luteolina y crisoeriol. Aceite esencial: monoterpenos y sesquiterpenos.

Acciones Rubefaciente, antihistamínico, antiinflamatorio, analgésico, antibacteriano, antiespasmódico. Actividad antiinflamatoria y vascular (vasoconstricción). Útil en el tratamiento de la migraña.

O O

O

HO H2C

CHO

Valerenal

Helenalina

O O O

O

O

O O

O

Partenólido

Artemisinina

5.3.1.4. Diterpenos Los diterpenos son compuestos C20 y pueden ser lineales o cíclicos (monocíclicos, bicíclicos, tricíclicos, tetracíclicos). Son numerosas las especies productoras de diterpenos. A continuación se destacan los diterpenos del tejo, cuyas características principales se resumen a continuación: Droga/especie Componentes Corteza del Tejo, Diterpeno: Paclitaxel Taxus baccata y Taxus brevifolia.

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Acciones Antimitótico (anticanceroso), sobre todo contra el cáncer de ovário avanzado.

AcO

O

O

OH

O N H

O OH

O O OAc

HO O ®

Paclitaxel (Taxol ) 5.3.1.5. Tetraterpenos Los tetraterpenos son compuestos C40 entre los que se destacan, sobre todo, los carotenoides. Los carotenoides son los responsables de la gran mayoría de los colores amarillos, anaranjados o rojos presentes en los alimentos vegetales, y también de los colores anaranjados de varios alimentos animales. Desde el punto de vista químico, pertenecen a la familia de los terpenos, es decir están formados por unidades de isopreno (ocho unidades), y su biosíntesis se produce a partir de isopentenil pirofosfato. Esto produce sus rasgos estructurales más evidentes, la presencia de muchos dobles enlaces conjugados y de un buen número de ramificaciones de grupos metilo, situados en posiciones constantes. Se conocen alrededor de 600 compuestos de esta familia, que se dividen en dos tipos básicos: los carotenos, y las xantofilas, sus derivados oxigenados. A estos tipos hay que unir los apocarotenoides, de tamaño menor, formados por ruptura de los carotenoides típicos. Los carotenos se hallan ampliamente distribuidos en el mundo vegetal y algunos tienen interés por ser precursores de la vitamina A y, sobre todo, por sus propiedades colorantes. En los vegetales verdes se encuentran en los cloroplastos, formando parte del sistema de biosíntesis a partir de la energía de la luz, pero son mucho más abundantes, y visibles, coloreando algunas raíces, frutas y flores. Los animales no pueden sintetizar sustancias de este tipo, pero si pueden transformar una en otra, aunque con bastantes limitaciones. De los carotenoides conocidos, solamente alrededor del 10% tienen valor como vitamina A. Además del β-caroteno, los más importantes entre ellos son el α-caroteno y la β criptoxantina. La condición fundamental para que tengan actividad vitamínica es que tengan cerrado y sin oxidar al menos uno de los anillos de los extremos de la estructura. Consecuentemente, varios de los carotenoides más comunes, como el licopeno, zeaxantina y luteína no tienen valor como vitamina A, aunque son muy importantes como pigmentos, y pueden tener también actividad como antioxidantes. En general, las xantofilas producen color amarillo, mientras que los carotenoides son anaranjados o rojizos.

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β-Caroteno

OH

Vitamina A (Retinol) Los carotenoides pueden desempeñar un papel como antioxidantes en la protección del organismo frente a los radicales libres, aunque esta cuestión está todavía en discusión. Sí parece claro que la presencia en la dieta de alimentos con contenidos elevados de carotenoides tiene efectos preventivos frente a ciertas enfermedades, aunque los experimentos en los que se han utilizado suplementos han dado resultados contradictorios, en algunos casos incluso evidenciando efectos perjudiciales. Son fuentes importantes de carotenos la zanahoria (Daucus carota), el tomate (Solanum lycopersicum) y el achiote (Bixa orellana). El β-caroteno fue el primer carotenoide purificado. En 1831, Wackenroder lo aisló en forma cristalina a partir de la zanahoria, dándole el nombre que lleva, derivado de la denominación latina de este vegetal. Por su parte el licopeno es el carotenoide más abundante en el tomate. Aunque el contenido depende mucho del grado de maduración (aumenta con ella), exposición a la luz (también aumenta), tipo de suelo, y de la variedad, puede considerarse representativa la cifra de 40 mg de licopeno por cada 100 gramos. Mientras que las sustancias presentes en el achiote son principalmente dos apocarotenoides, la bixina y la nor-bixina, sustancias ampliamente utilizadas como pigmentos. 5.3.2. Los aceites esenciales Los aceites esenciales son las fracciones líquidas volátiles, generalmente destilables por arrastre con vapor de agua, que contienen las sustancias responsables del aroma de las plantas y que son importantes en la industria cosmética (perfumes y aromatizantes), de alimentos (condimentos y saborizantes) y farmacéutica (saborizantes). Habitualmente también se denominan esencias, si bien esta denominación es mucho más amplia, ya que engloba aceites esenciales y a otras sustancias obtenidas por métodos extractivos diversos. Características y distribución de los aceites esenciales

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Los aceites esenciales son generalmente líquidos a temperatura ambiente aunque algunos solidifican a baja temperatura como, por ejemplo el aceite de anís. La mayoría son prácticamente transparentes, incoloros o ligeramente coloreados (amarillentos), con excepciones como la esencia de manzanilla, que contiene chamazuleno de un intenso color azul. En su gran mayoría son de olor agradable, aunque existen algunos de olor relativamente desagradable como por ejemplo los del ajo y la cebolla, los cuales contienen compuestos azufrados. Algunos aceites esenciales son inflamables. Generalmente son menos densos que el agua, aunque también hay excepciones como el aceite esencial de clavo y de canela, que son más densos. Los aceites esenciales suelen ser insolubles en agua, aunque hay ciertas esencias que son parcialmente solubles porque algunos de sus componentes se solubilizan, como por ejemplo los fenoles. Los aceites esenciales son lipófilos y solubles en disolventes orgánicos apolares. La solubilidad en alcohol es variable y suelen ser solubles en alcoholes de alta graduación. Poseen índices de refracción elevados y presentan actividad óptica (desvían el plano de la luz polarizada debido a su poder rotatorio). Se oxidan con facilidad y polimerizan dando productos resinosos. Los aceites esenciales se encuentran ampliamente distribuidos en unas 60 familias de plantas que incluyen las Compuestas, Labiadas, Lauráceas, Mirtáceas, Pináceas, Rosáceas, Rutáceas, Umbelíferas, etc. Se les puede encontrar en diferentes partes de la planta: en las hojas (ajenjo, albahaca, boldo, cidrón, eucalipto, hierbabuena, laurel, limoncillo, mejorana, menta, pachulí, romero, salvia, toronjil, etc.), en las raíces (angélica, asaro, azafrán, cálamo, cúrcuma, galanga, jengibre, sándalo, sasafrás, valeriana, vetiver, etc.), en el pericarpio del fruto (limón, mandarina, naranja, etc.), en las semillas (anís, cardamomo, eneldo, hinojo, comino, etc.), en el tallo (alcanfor, canela, etc.), en las flores (árnica, lavanda, manzanilla, piretro, tomillo, clavo de olor, rosa, etc.) y en los frutos (alcaravea, cilantro, laurel, nuez moscada, perejil, pimienta, etc.). Los monoterpenoides se encuentran principalmente en plantas de los órdenes Ranunculales, Violales y Primulales, mientras que son escasos en Rutales, Cornales, Lamiales y Asterales. Por el contrario, los sesquiterpenoides abundan en Magnoliales, Rutales, Cornales y Asterales. Aunque en los aceites esenciales tanto los mono-, los sesquiterpenos y los fenilpropanos se les encuentra en forma libre, más recientemente se han investigado los que están ligados a carbohidratos, ya que se considera que son los precursores inmediatos del aceite como tal. En los vegetales, los aceites esenciales pueden desempeñar diferentes papeles, los cuales, aparentemente, están siempre relacionados con sus propiedades volátiles y olorosas. Intervienen en la polinización ejerciendo un efecto de atracción sobre ciertos insectos y polinizadores, además actúan como defensa frente al ataque de parásitos e insectos. Estructura y clasificación Los aceites esenciales se clasifican con base en diferentes criterios: consistencia, origen y naturaleza química de los componentes mayoritarios. De acuerdo con su consistencia los aceites esenciales se clasifican en esencias fluídas, bálsamos y oleorresinas. Las esencias fluídas son líquidos volátiles a temperatura ambiente. Los Bálsamos son de consistencia más espesa, son poco volátiles y propensos a sufrir reacciones de polimerización, son

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ejemplos el bálsamo de copaiba, el bálsamo del Perú, Benjuí, bálsamo de Tolú, Estoraque, etc. Las Oleorresinas tienen el aroma de las plantas en forma concentrada y son típicamente líquidos muy viscosos o sustancias semisólidas (caucho, gutapercha, chicle, balata, oleorresina de paprika, de pimienta negra, de clavero, etc.). De acuerdo a su origen los aceites esenciales se clasifican como naturales, artificiales y sintéticos. Los naturales se obtienen directamente de la planta y no sufren modificaciones físicas ni químicas posteriores, debido a su rendimiento tan bajo son muy costosas. Los artificiales se obtienen a través de procesos de enriquecimiento de la misma esencia con uno o varios de sus componentes, por ejemplo, la mezcla de esencias de rosa, geranio y jazmín enriquecidas con linalool, o la esencia de anís enriquecida con anetol. Los aceites esenciales sintéticos como su nombre lo indica son los producidos por la combinación de sus componentes los cuales son la mayoría de las veces producidos por procesos de síntesis química. Estos son más económicos y por lo tanto son mucho más utilizados como aromatizantes y saborizantes (esencias de vainilla, limón, fresa, etc.). Desde el punto de vista químico y a pesar de su composición compleja con diferentes tipos de sustancias, los aceites esenciales se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de sustancias que corresponden a los componentes mayoritarios. Se debe tener en cuenta que los aceites esenciales generalmente son mezclas complejas de hasta más de 100 componentes (a veces más de 200) que pueden ser: a) Compuestos alifáticos de bajo peso molecular (alcanos, alcoholes, aldehídos, cetonas, ésteres y ácidos), b) monoterpenos, c) sesquiterpenos y d) fenilpropanos. La composición química de los aceites esenciales depende de varios factores como el origen botánico (la especie y la raza química de las que proceden), el ciclo del vegetal (la composición y la proporción varía según la fase del ciclo vegetativo), las condiciones ambientales, las características del cultivo (suelo, riego, abonos, etc.) y el procedimiento de obtención, ya que durante el mismo se puede alterar la composición del aceite esencial respecto al vegetal. Ahora bien, según esto los aceites esenciales ricos en monoterpenos se denominan aceites esenciales monoterpenoides (por ejemplo hierbabuena, albahaca, salvia, etc.). Los ricos en sesquiterpenos son los aceites esenciales sesquiterpenoides (por ejemplo copaiba, pino, junípero, etc.). Tanto los monoterpenos como los sesquiterpenos pueden carecer de oxígeno, además pueden ser aromáticos y alifáticos. Los que poseen oxígeno son terpenos funcionalizados con función alcohol, fenol, aldehído, cetona, éter, éster o peróxido. Los ricos en fenilpropanos son los aceites esenciales fenilpropanoides (por ejemplo clavo, canela, anís, etc.). Aunque esta clasificación es muy general nos resultará útil para propósitos de estudiar algunos aspectos fitoquímicos de los monoterpenos, los sesquiterpenos y los fenilpropanos, sin embargo existen clasificaciones más complejas como que tienen en cuenta otros aspectos químicos.

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Terpenoides Funcionalizados Alcoholes

Aldeídos

Cetonas

CHO O OH

Mentol Éter

Citral Peróxido

Alcanfor Éster

Fenol

O

O

O

O

O

OH

Eucaliptol

Ascaridol

Acetato de linalilo

Timol

Terpenoides Monoterpenos

Limoneno

p-Cimeno

Sesquiterpenos

α-Pineno

Farneseno

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Camazuleno

Fenilpropanoides CHO

H3CO

O

OCH3

OH

Anetol

Eugenol

O

Safrol

Aldeído cinámico

Aplicaciones y usos Las aplicaciones de los aceites esenciales y de las esencias en general, son múltiples y variadas. Se utilizan tanto por sus propiedades aromáticas, en la industria alimentaria, en perfumería y en la industria de productos de limpieza, como por sus propiedades farmacológicas, en la industria farmacéutica. Igualmente las acciones farmacológicas son muy variadas tanto en su utilización por vía tópica (vía externa), como en su uso por vía interna. Las acciones más frecuentes se esquematizan en la siguiente tabla y algunas se amplían a continuación.

• • • •

•

Vía externa Antisépticos • Antiinflamatorios Rubefacientes • Insecticidas y repelentes Desodorantes • Cicatrizantes Analgésicos • Vulnerarios

• • • • • •

Vía interna Expectorantes • Antiinflamatorios Carminativos • Coleréticos y/o colagogos Estomacales • Digestivos Antiespasmódicos • Diuréticos Sedantes • Antisépticos Estimulantes cardíacos • Estimulantes circulatorios.

Antisépticos: frente microorganismo grampositivos y gramnegativos e incluso frente a hongos productores de micosis y ciertas levaduras (Candida sp.). El poder antiséptico es variable según las características estructurales de los componentes del aceite esencial, el cual puede tener un elevado poder antiséptico, si el aceite posee componentes con grupos fenol, un poder antiséptico medio si el aceite posee componentes con función alcohol y un bajo poder antiséptico si el aceite posee componentes con función cetona. Por esta actividad biológica, los aceites esenciales se utilizan como antisépticos de las vías respiratorias (tomillo, eucalipto, etc.) o de las vías urinarias (hojas de buchú).

100

•

• •

•

Antiespasmódicos: Disminuyen los espasmos gastrointestinales y aumentan las secreciones gástricas, por lo que se usan sobre el aparato digestivo como eupépticos (o carminativos, es decir, facilitan la eliminación de los gases), digestivos, estomacales, colagogos (facilitan la salida de bilis de la vesícula biliar al duodeno) y coleréticos (facilitan la secreción de la bilis por parte de las células hepáticas). Suelen aumentar las ganas de comer (aperitivos) por que aumentan las secreciones salivares y gástricas. Sedantes: Algunos componentes de los aceites esenciales tienen acciones sedantes en estados de nerviosismo y ansiedad. Acción irritante: Algunas esencias aplicadas por vía tópica (sobre la piel) tienen un efecto rubefaciente, es decir, aumentan la circulación sanguínea y epidérmica y producen un enrojecimiento. Otros aceites son cicatrizantes y vulnerarios (ayudan a sanar heridas y llagas). Aplicados por vía interna actúan sobre el árbol bronquial, fluidificando las secreciones respiratorias y facilitando su eliminación, y son por tanto expectorantes; también pueden actuar sobre el aparato renal ejerciendo una acción diurética que generalmente no suele aprovecharse porque, como efecto indeseable, suelen producir hematuria (emisión de orina con sangre). Analgésicos: Ciertas esencias aplicadas por vía tópica presentan una acción analgésica frente a dolores musculares, dolores en las articulaciones, etc. También surten un efecto antiinflamatorio.

En relación a la forma de uso, los aceites esenciales se pueden utilizar a partir de la droga vegetal que contiene los aceites esenciales, igualmente los aceites esenciales extraídos de la droga vegetal o los productos concretos, aislados del aceite esencial. A continuación se esquematizan las formas de uso principales, dependiendo del área: Uso farmacológico • • •

• • •

Droga vegetal: infusión, preparados galénicos. Aceites esenciales: por sus acciones farmacológicas, también como aromatizantes (correctores del sabor y del aroma). Productos aislados Uso alimentario Uso en perfumería y Otras industrias cosmética Droga vegetal. • Aceites esenciales. • Aceites esenciales. Aceites esenciales. • Productos aislados. • Productos aislados. Productos aislados.

No obstante, muchos de los aceites esenciales resultan tóxicos, por lo que se debe de controlar su uso y administración. Hay efectos tóxicos sobre el sistema nervioso, neurotoxicidad, convulsiones, asfixia, y otros. Algunos incluso resultan mortales a dosis muy bajas (por ejemplo, dos gramos de mentol pueden producir la muerte de un adulto). Principales drogas con aceites esenciales:

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A continuación se muestran algunas de las principales especies productoras de aceites esenciales y se indican los principales componentes del aceite esencial y las principales acciones de la droga vegetal, que en ocasiones no son debidas al aceite esencial. Droga/especie Hojas de eucalipto Eucalyptus globulus

Componentes Cineol (eucaliptol), felandreno.

Aplicaciones α-pineno, Antiséptico respiratório, rubefaciente, expectorante, mucolítico. Sumidad florida de Timol, carvacrol, cimol, linalol, Antitusivo, antiséptico, tomillo, borneol, geraniol. expectorante. Thymus vulgaris. Fruto del anís Anetol, estragol, safrol, limoneno, Eupéptico, estomacal, estrellado, linalol, anisaldehído, ácido anísico. carminativo, estrogénico, Illicium verum. antiespasmódico. Fruto del anís, Anetol, anisaldehído, α-pineno, Eupéptico, estomacal, Pimpinella anisum. cariofileno, limoneno. carminativo, estrogénico, antiespasmódico. Frutos del hinojo, Acetol, metilchavicol, Carminativo, estomacal, Foeniculum vulgare. anisaldehído, fenchona. expectorante. Hojas del boldo, Cineol, para-cimeno, ascaridol. Colerético, colagogo, diurético, Peumus boldus. eupéptico. Hojas de romero, Borneol, alcanfor, cineol. Colerético, carminativo, Rosmarinus antiseptico. officinalis. Hojas de menta, Mentol, mentona, acetato de Carminativo, estomacal, Mentha piperita. mentilo, mentofurano. antiespasmódico. Hojas de melisa, Geranial, neral, geraniol, citronelal. Antiespasmódico, carminativo, Melissa officinalis. estomacal. Capítulos florales de Camazuleno, α-biasbolol, oxidos Antiinflamatorio, carminativo, manzanilla, de bisabolol. estomacal, antiespasmódico. Matricaria chamomilla. Rizoma y raíz de Borneol y sus esteres, valeranona, Sedante, relajante, antiestrés. valeriana, kesano. Valeriana sp. Botón floral del Eugenol, cariofileno. Bactericida, fungicida, clavo, analgésico. Syzygium aromaticum. 5.3.3. Saponinas Las saponinas son heterósidos (azúcar + aglicón) que se caracterizan por su capacidad para producir espuma cuando se agita una solución acuosa que las contiene. Se forma espuma

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debido a que las saponinas disminuyen la tensión superficial del agua. Son por lo tanto tensioactivos naturales. Estructura química y clasificación Las saponinas son estructuras formadas por una parte glucídica (azúcar) y una parte no glucídica (aglicón) denominada sapogenina. Según el número de uniones de las unidades glucídicas al aglicón se denominan: •

Saponinas monodesmosídicas:

En donde el azúcar o azucares se unen por una única posición al aglicón, generalmente el OH en la posición 3. Aglicón •

Azúcar o azucares

Saponinas bidesmosídicas:

El azúcar o azucares se unen por dos puntos al aglicón. Azúcar o azucares •

Aglicón

Azúcar o azucares

Saponinas triterpénicas o esteroidales:

Las saponinas se clasifican también según la naturaleza del aglicón. Las que tienen aglicón triterpénico se denominan saponinas triterpénicas y las que lo tienen con estructura esteroídica se denominan saponinas esteroídicas o esteroidales. Saponinas triterpénicas (C30) Pentacíclicas β-amirina α-amirina Lupeol •

Saponinas esteroidales (C27)

Tetracíclicas Dammarano

Derivados del espirostano

Derivados del furostanol

Saponinas triterpénicas: Tienen el aglicón con 30 átomos de carbono (triterpeno). Dicho aglicón procede de la ruta biosintética de la condensación isoprénica, también denominada ruta del ácido mevalónico, por unión de seis unidades C5. Las saponinas triterpénicas se subdividen a su vez en:

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Saponinas triterpénicas pentacíclicas: Son las saponinas más frecuentes y pueden ser derivadas del oleano o derivadas del ursano. Hay tres grupos representados por la βamirina, α-amirina y el lupeol.

HO

HO

β-amirina

α-amirina

HO

Lupeol Saponinas triterpénicas tetracíclicas: Conservan la estructura básica del dammarano con tres ciclos de 6 miembros y un ciclo de 5 miembros.

Dammarano

104

•

Saponinas esteroidales: Se biosintetizan también por la ruta del ácido mevalónico y son en general menos frecuentes que las saponinas triterpénicas pentacíclicas. Se pueden clasificar en: Derivados del espirostanol: Son estructuras hexacíclicas de 27 átomos de carbono. Su estructura deriva del ciclopentanoperhidrofenantreno con dos heterociclos de 5 y 6 miembros. Derivados del furostanol: Poseen un ciclo menos que el espirostano pero también tienen un esqueleto de 27 átomos de carbono. Generalmente las saponinas tienen en el vegetal el núcleo del furostanol y durante la extracción se produce una ciclación que da lugar al ciclo del espirostanol. 26

O

27

25

22

Anillo F

O

3

27

R 25

Espirostano R = H Espirostanol R = OH

OH 26

O

3

HO

Furostanol Es frecuente también encontrar saponinas (por ejemplo en Solanum sp.), que, en vez de oxigeno en el anillo F o de OH en la cadena unida en la posición 22, tienen nitrógeno (amina), por lo cual se consideran saponinas y alcaloides a la vez. Distribución Se encuentran saponinas tanto en vegetales inferiores (algas, líquenes, musgos, helechos) como en vegetales superiores. En dicotiledóneas hay principalmente saponinas triterpénicas y ocasionalmente saponinas esteroídicas. En monocotiledóneas rara vez se encuentran saponinas triterpénicas y hay casi exclusivamente saponinas esteroidales. Las saponinas pueden estar localizadas en cualquier órgano del vegetal, pero tienen tendencia a acumularse en mayor concentración en las partes subterráneas (raíz, rizoma). También se

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han encontrado saponinas en animales inferiores. En el reino animal, las estrellas de mar constituyen el único ejemplo de animales con saponinas esteroides. Propiedades Tensioactivos: Como ya se ha comentado, la principal propiedad física de las saponinas es que son agentes tensioactivos, capaces de formar espuma y formar emulsiones (emulgentes). Poder hemolítico: Las saponinas tienen también una acción hemolítica. El poder hemolítico es característico de las saponinas triterpénicas pero es variable según los sustituyentes de la estructura (por ejemplo, los grupos carboxílicos COOH disminuyen el poder hemolítico). Las saponinas esteroídicas monodesmosídicas son hemolíticas mientras que las bidesmosídicas no lo son. Debido a su poder hemolítico resultan toxicas si se administran por vía intravenosa (contactan directamente con la sangre), mientras que por vía oral su toxicidad es muy baja. Ictiotóxicas: Muchas saponinas resultan tóxicas para los animales de sangre fría (peces). Solubilidad: Al ser heterósidos, son solubles en agua y en disolventes orgánicos polares (etanol, metanol) e insolubles en disolventes orgánicos apolares (éter de petróleo, cloroformo, hexano). Los aglicones libres (sapogeninas) no son solubles en agua y si en disolventes orgánicos apolares. Acciones y usos Las drogas con saponinas pueden presentar diferentes aplicaciones farmacológicas. Las principales acciones reconocidas para las saponinas de diferentes especies son: Acción irritante de las células: La cual se manifiesta principalmente a nivel pulmonar y renal. En el pulmón, producen una disminución de las secreciones y por consiguiente tienen un efecto expectorante y antitusivo. A nivel renal, aumentan la circulación sanguínea en el nefron, aumentando consecuentemente la filtración glomerular y surtiendo un efecto diurético. Efecto antiedematoso y antiinflamatorio: Sobre todo a nivel de insuficiencia venosa en las extremidades inferiores. Acción antihemorroidal y cicatrizante. Acción adaptógena: Es decir, surten un efecto que puede resultar estimulante, tonificante y antiestrés. Efecto antimicrobiano, antivírico, antimicótico y molusquicida: Resultan toxicas para los moluscos, lo cual es de interés para luchar contra la esquistosomiasis de países del tercer

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mundo, ya que Schistosoma sp. utiliza como huésped intermediario a un molusco (caracol). Son molusquicidas únicamente las saponinas monodesmosídicas pero por hidrólisis las bidesmosídicas se pueden convertir en monodesmosídicas. Dichas acciones son debidas mayoritariamente a las saponinas triterpénicas. Las saponinas se utilizan en farmacia como expectorantes, diuréticas y venotónicas. En la industria farmacéutica se emplean como agentes espumantes y emulgentes. Sin embargo, las saponinas esteroídicas se utilizan sobretodo industrialmente para obtener los aglicones esteroídicos, que son precursores por hemisíntesis de los fármacos esteroídicos (hormonas sexuales, glucocorticoides, contraceptivos orales y diuréticos). La producción industrial de estas sustancias requiere una serie de procesos microbiológicos de fermentación y una serie de conversiones químicas relativamente complejas y en su gran mayoría patentadas por los grandes laboratorios farmacéuticos. A modo de ejemplo se encuentra la producción de hormonas esteroidales a partir de la diosgenina obtenida de los rizomas de Dioscorea sp., la producción de medicamentos corticoides a partir de la hecogenina acetilada, la producción de hidrocortisona a partir del estigmasterol presente en la semilla de soya (Glycine max o Glycine soja) o del haba de calabar (Physostigma venenosum), la producción de medicamentos esteroides a partir de colesterol (obtenido de la lana de oveja, de la médula espinal y cerebro de ganado vacuno) o sitosterol (obtenido de la soya o del aceite se semilla de algodón), o también la conversión de sapogeninas 3-hidroxiladas en derivados 3-oxa-4-eno (una funcionalidad presente en muchos esteroides bioactivos), la cual se puede realizar a través de microorganismos como Mycobacterium sp. En nuestro país existen varias especies de ñames silvestres que podrían ser una fuente importante de saponinas esteroídicas, como Dioscorea coriacea, propia de los sitios altos cerca de la ciudad de Medellín (Santa Elena, La Ceja, San Pedro, etc.), Dioscorea polygonoides (sudoeste de Antioquia), Dioscorea santanderensis (en Puerto Valdivia), el "ñame de aire" Dioscorea bulbifera que crece en Medellín, y Dioscorea trifida "ñame o batata" una planta promisoria de Colombia y otros países del Convenio Andrés Bello (Bernal, 1992). El fique, el cual es usado por los campesinos para elaborar canastas y productos artesanales, se obtiene de las hojas de Agave sp., sin embargo no se ha evaluado su uso potencial como fuente de saponinas esteroides. Principales drogas con saponinas triterpénicas La tabla que aparece a continuación, esquematiza las principales drogas productoras de saponósidos triterpénicos, enumerando sus principales componentes y sus acciones más importantes.

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Droga/especie Componentes Raíces y estolones del Saponinas regaliz, (glicirricina), Glycyrrhiza glabra. cumarinas.

Aplicaciones triterpénicas Expectorante, antitusivo, flavonoides, antiinflamatorio, antiulceroso, antiespasmódico. Semillas del Castaño de Saponinas triterpénicas (escina), Protector de la pared indias, glucósidos cumarínicos, vascular, venotónico, Aesculus hippocastanum. esteroles. antiinflamatorio. Raíz del Ginseng, Saponinas triterpénicas Tónico-vitalizante, Panax ginseng. (ginsenósidos), panaxanos, antiestrés, antioxidantes. vitaminas, oligoelementos. Principales drogas con saponinas esteroidales En la tabla siguiente se esquematizan las principales drogas productoras de saponinas esteroídicas, indicando sus principales componentes y sus aplicaciones más importantes. Droga/especie Raíz y rizoma de Zarzaparrilla, Smilax sp. Rizoma de Dioscorea, ñame, Dioscorea sp. Hojas y raíz del agave, Agave sp.

Componentes Saponinas esteroídicas (sarsaponina). Saponinas esteroídicas (diosgenina). Saponinas esteroídicas (hecogenina).

Aplicaciones Fuente de esteroides, depurativo, digestivo. Fuente de esteroides, depurativo, digestivo. Fuente de esteroides, depurativo, digestivo.

5.3.4. Heterósidos Cardiotónicos Son compuestos heterósidos capaces de modular el funcionamiento del corazón, actuando directamente sobre la contractibilidad del músculo cardiaco (miocardio) y sobre la circulación aurícula-ventrículo. Están formados por una parte glucídica constituida por una o varias unidades de azúcar y un aglicón que tiene un núcleo esteroídico (C27, tetracíclico) unido a un anillo lactónico insaturado. El sistema tetracíclico del aglicón deriva del ciclopentanoperhidrofenantreno, posee dos grupos alcohol en las posiciones 3 y 14 y la unión es cis entre los anillos A y B y entre los anillos C y D y trans entre los anillos B y C. El anillo de lactona (éster cíclico) está unido a la posición 17 del núcleo esteroídico y puede ser de 5 o 6 miembros, lo cual permite su clasificación. La parte glucídica contiene en ocasiones azúcares que solo se encuentran formando parte de estos heterósidos, como los 2,6-desoxiazúcares (digitoxosa, cimarosa) o los 6-desoxiazúcares (ramnosa, fucosa, digitalosa). Hay azúcares metilados, es decir, con un OH en forma de éter (cimarosa, digitalosa) y también se encuentran azúcares acetilados.

108

CH3

CH3

CH2OH O

O

OH

O

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OCH3

OH

OH

D-glucosa

D-digitoxosa (2,6-desoxiazúcar)

D-cimarosa (2,6-desoxiazúcar metoxilado)

CH3

CH3 O

OH CH3

OH

O

OH

OH

OH

OH

OCH3

OH

OH

OH

OH

L-ramnosa (6-desoxiazúcar)

O

OH

D-fucosa (6-desoxiazúcar)

D-digitalosa (6-desoxiazúcar metoxilado)

La actividad de los heterósidos está directamente relacionada con su estructura, en la que se han demostrado imprescindibles las siguientes características estructurales: Requisitos imprescindibles • • •

Anillo de lactona α,β-insaturado Función alcohol en la posición 3 (3β-OH) Función alcohol en la posición 14 (14β-OH)

• • •

Anillos A y B en disposición cis. Anillos C y D en disposición cis. Anillos B y C en disposición trans.

CH3 CH3 C B

HO

R OH D

A y B en cis. B y C en cis. C y D en trans.

A

Clasificación y propiedades Los heterósidos cardiotónicos se clasifican en dos grupos: •

Cardenólidos: Poseen una lactona insaturada de 5 miembros (pentagonal) en la posición 17 del núcleo esteroídico. La parte glucídica se une al OH de la posición 3 y contiene azúcares como la glucosa y 2,6-desoxiazúcares como la digitoxosa o la cimarosa.

109

•

Bufadienólidos o bufanólidos: Poseen una lactona insaturada de 6 miembros (hexagonal) en la posición 17 del núcleo esteroídico. La parte glucídica se une al OH de la posición 3 y contienen azúcares como la glucosa y la ramnosa (6-desoxiazucar). Cardenólidos R

O O

R= 17

17

14

3

OH

HO

Bufanólidos

O

O

R= 17

Aglicones de heterósidos cardiotónicos A continuación se lleva a cabo una comparación entre los dos tipos de heterósidos cardiotónicos y se indican especies que los contienen.

• • • • • •

Cardenólidos Núcleo esteroídico tetracíclico. Lactona unida en la posición 17. Lactona insaturada de 5 miembros. Cadena carbonada C23. Azúcares más frecuentes: Glucosa y 2,6-desoxiazúcares. Ejemplos de drogas con cardenólidos: Digitalis, Nenrium, Adonis.

• • • • • •

Bufanólidos Núcleo esteroídico tetracíclico. Lactona unida en la posición 17. Lactona insaturada de 6 miembros. Cadena carbonada C24. Azúcares más frecuentes: Glucosa y ramnosa. Ejemplos de drogas con bufanólidos: Scilla, Helleborus. De origen animal, sapos del género Bufus.

Distribución Solo se encuentran heterósidos cardiotónicos en angiospermas y principalmente en las hojas de las plantas de las familias Scrofulariaceae (Digitalis), Apocynaceae (Strophanthus, Nerium), Liliaceae (Urginea, Convallaria), Ranunculaceae (Helleborus, Adonis) y Moraceae. Los bufanólidos se han encontrado también en ranas del género Bufus, y en las alas de mariposas monarca. Acciones, aplicaciones y usos

110

Los heterósidos cardiotónicos ejercen su acción sobre •

Corazón: Aumentan la fuerza de la contracción del miocardio (inotropismo positivo), disminuyen la frecuencia cardiaca (cronotropismo negativo) y disminuyen la velocidad de conducción a través del nodo aurícula-ventricular (dromotropimos negativo).

•

Circulación general: La mejoran.

•

Filtración renal: La aumentan y se produce un efecto diurético. Por estas razones se les utiliza en tratamientos de nefritis, edemas y algunas enfermedades infecciosas. La mejora de la circulación general y el efecto diurético son claramente consecuencia de su efecto sobre el corazón.

•

Elevada toxicidad: Los cardiotónicos tienen un margen terapéutico estrecho (hay muy poca diferencia entre la dosis terapéutica efectiva y la dosis tóxica.

Se utilizan en la insuficiencia cardiaca congestivas que generalmente cursan con edemas y se aprovecha tanto el efecto sobre el corazón como su efecto diurético para disminuir el edema. Debido al estrecho margen terapéutico no se utilizan ni la droga entera ni preparados galénicos de los extractos. En lugar de ello siempre se trabaja con los heterósidos puros, lo cual permite un control ajustado de la dosificación. Se ha establecido que para que los cardiotónicos manifiesten su actividad requieren además del ciclo lactónico α,β-insaturado, que la configuración sea 14β, 3β, 17β, que la configuración A/B sea cis, además, se ha observado que la presencia de azúcares ligados y el número de hidroxilos tienen capacidad en aumentar la actividad farmacológica. Se ha reportado que los glicósidos cardiotónicos con azúcares ligados a través de uniones 1 → 4 son más activos que los que los ligan a través de uniones 1 → 6 y 1 → 2. Principales drogas con heterósidos cardiotónicos A continuación se resumen las principales drogas vegetales productoras de heterósidos cardiotónicos: Hojas de digital: La droga la constituyen las hojas desecadas de Digitalis purpurea (Escrofulariacea). Esta planta es cultivada en Europa, pero en nuestro país es más bien escasa y se utiliza con fines ornamentales. Se la conoce con el nombre vulgar de "campanitas" o "dedalera" y crece silvestre en localidades como a orillas de la autopista Medellín-Bogotá en el sector de Sasaima. Los principios activos son una mezcla de glicósidos cardiotónicos denominados purpureaglicósidos, en los cuales la sapogenina es la digitoxigenina. Entre estos tenemos la digitoxina, la gitoxina y el purpureaglicósido A:

111

o o

HOH2C H3C

HO HO OH

H3C

O HO

H3C

O HO

OH

O HO

O

Purpureaglicósido A La especie relacionada Digitalis lanata, aunque es originaria de Europa, también se encuentra en nuestro país, específicamente en la sabana de Bogotá. Esta especie contiene glicósidos cardiotónicos pero con la característica particular de que uno de los carbohidratos ligados posee un grupo hidroxilo acetilado. Esta especie contiene los denominados lanatósidos como por ejemplo, el lanatósido A. Las principales indicaciones de algunos cardiotónicos de las especies de Digitalis son como cardiotónicos de acción lenta, para la insuficiencia cardíaca, en vulvolopatías y en arritmias cardiacas. o o

HOH2C H3C

HO HO OH

HO

O

H3C

O OAc HO

OH

O HO

O

Lanatósido A Estrofanto: Esta droga la constituyen las semillas desecadas de varias especies de plantas del género Strophantus, y es usada como veneno de flechas por los nativos de algunas tribus de África. Esta droga contiene el glicósido estrofantina: o o

HO HO

HO

OH

Ramnosil O OH

Estrofantina

112

Azuceno de la habana: Corresponde al Nerium oleander (Fam. Apocináceas). Esta planta es cultivada para fines ornamentales, y es común verla en diferentes sitios de la ciudad de Medellín, con flores rosadas o blancas. La variedad de flores blancas tiene reportados usos como antídoto, antibacterial, antiepiléptico, anticancerígeno, cardiotónico y como depresor del Sistema Nervioso Central (SNC). De las raíces, se aisló un cardenólido (Oleandrina) que además de cardiotónico es antibacterial. Las hojas contienen varios cardenólidos con acción depresora sobre el SNC. o

o

o

o

OCOCH3 COH OH

Oleandrosil

OH

Tevetosil

O

O

Oleandrina

Peruvósido

Thevetia peruviana es una planta de la familia de las Apocynaceae, cultivada en las zonas tropicales y subtropicales como un árbol ornamental. Contiene en sus tejidos altas concentraciones de cardenólidos entre los que se incluyen Thevetia A, B, neriifolina y el peruvósido, capaces de producir efectos inotrópicos positivos en el hombre y en animales. Actualmente no existen evidencias que justifiquen su uso en terapéutica y garanticen un margen de seguridad apropiado (González et al., 2003). 5.4. Los alcaloides No existe una definición exacta para el término alcaloide, pero se puede considerar como: “Un compuesto orgánico de origen natural (generalmente vegetal), nitrogenado (el nitrógeno se encuentra generalmente intracíclico), derivados mayoritariamente de aminoácidos, de carácter más o menos básico, de distribución restringida, con propiedades farmacológicas importantes a dosis bajas y que responden a reacciones comunes de precipitación”. Sin embargo, determinadas sustancias que se consideran alcaloides no cumplen las propiedades generales de los mismos. A continuación se esquematizan las características generales de estas sustancias:

• • • • •

Características generales de los alcaloides Compuestos orgánicos. • Contienen nitrógeno heterocíclico. Se forman a partir de aminoácidos. • Estructura compleja. De origen vegetal. • Tóxicos. Sustancias nitrogenadas. • Actividad fisiológica inclusive a dosis bajas. Carácter básico. • Precipitan con ciertos reactivos.

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De acuerdo a las características de esta definición, algunos autores han dividido a los alcaloides en cuatro clases: •

Alcaloides  Verdaderos:  Cumplen estrictamente con las características de la definición de alcaloide: son formados a partir de aminoácidos, tienen siempre un nitrógeno intracíclico, son de carácter básico y existen en la naturaleza normalmente en estado de sal.

•

Protoalcaloides:  Son aminas simples con nitrógeno extracíclico, de carácter básico y son productos del metabolismo de los aminoácidos.

•

Pseudoalcaloides:  Presentan algunas de las características de la definición de alcaloide, pero no son derivados de aminoácidos.

•

Alcaloides  imperfectos:  Son derivados de bases púricas, no precipitan con los reactivos específicos para alcaloides.

No son alcaloides los aminoácidos, las betalaínas, los péptidos, los amino azúcares, las vitaminas nitrogenadas, las porfirinas, algunas bases como la tiamina ampliamente distribuida en los seres vivos y los alkil aminas de bajo peso molecular. Distribución A mediados del siglo XX se habían aislado unos 800 alcaloides y a finales del siglo debido a las nuevas tecnologías, ese número se incrementó a unas 12000 estructuras. Los principales productores de alcaloides son los vegetales, aunque también se consideran alcaloides ciertas sustancias procedentes de bacterias, insectos, y otros animales. Los alcaloides no están presentes en todos los vegetales. Se encuentran sobre todo, en vegetales superiores. Los vegetales inferiores, las gimnospermas y las monocotiledóneas no producen prácticamente alcaloides y, dentro de las angiospermas, las dicotiledóneas concentran prácticamente todas las especies que poseen alcaloides. Dentro de las dicotiledóneas se pueden encontrar familias en las que abundan los alcaloides tales como Apocynaceae (~800), Annonaceae (~350), Loganiaceae (~400), Magnoliaceae (~350), Menispermaceae (~300), Papaveraceae (~550), Ranunculaceae (~300), Rutaceae (~250), Rubiaceae (~450), Solanaceae (~150), Fumariaceae, Lauraceae, y familias más pobres en alcaloides (Rosáceas, Labiadas, Crucíferas). Se pueden encontrar excepcionalmente en bacterias (Piocianina de Pseudomonas aeriginosa); y en hongos (psilocina de los hongos alucinógenos mexicanos y ergopéptidos del ergot del centeno). El esquema siguiente permite visualizar mejor la distribución de los alcaloides en las especies vegetales. En cuanto a las drogas vegetales, los alcaloides son esencialmente sustancias presentes en todos los órganos de la planta, pueden encontrarse mayoritariamente en hojas (cocaína, nicotina, pilocarpina), en flores (escopolamina, atropina), en frutos (alcaloides del opio, peletiarina, coniina), en semilla (piperina, arecolina), en corteza (quinina, tubocurarina), en

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la raíz (emetina y cefalina). Las proporciones varían desde ppm (partes por millón) para ciertas especies hasta valores que oscilan entre el 0.1% y el 3.0%, pudiendo ser incluso superiores en algunas drogas vegetales (como la corteza de la quina, que puede tener hasta un 10%) o en determinadas razas químicas. Inferiores

Claviceps purpurea (alcaloides del cornezuelo del centeno)

Gimnosperma Vegetales

Ephedra sp. (alcaloide efedrina) Monocotiledóneas

Superiores

Angiosperma

Dicotiledóneas

Amaryllidaceae Liliaceae Apocynaceae Papaveraceae Rubiaceae Loganiaceae Annonaceae Menispermaceae.

Las especies que contienen alcaloides, rara vez contienen un solo alcaloide. Habitualmente contienen varios, así como sustancias relacionadas. Hay alcaloides que son muy específicos y solo se encuentran en individuos de una sola especie: por ejemplo, la cocaína en las hojas de coca o la quinina en la corteza de quina; en cambio, hay alcaloides que son inespecíficos y se pueden encontrar en varias especies e incluso en varias familias, por ejemplo la nicotina y la cafeína. Pueden hallarse en la planta los alcaloides libres (raramente), en forma de sal (es lo más habitual debido a su carácter básico) o unidos a taninos o ácidos orgánicos. Papel de los alcaloides en el vegetal La función de los alcaloides en las plantas no es aun clara, existen algunas sugerencias sobre el “rol” que juegan estas sustancias en los vegetales como: •

Sirven como productos de desecho del nitrógeno sobrante, esta función es equivalente a la del ácido úrico o de la urea en los animales.

•

Debido a que en su mayoría, los alcaloides son asociados con ácidos orgánicos que le facilita el transporte en la planta, pueden servir como productos de almacenamiento del nitrógeno no metabolizado o para transporte del mismo; en el caso de las Solanáceas midriáticas; los ésteres del tropano se forman en las raíces y son transportados a las partes aéreas donde pueden ser hidrolizados. Hay, sin embargo, otros compuestos

115

nitrogenados (aminas más sencillas, aminoácidos) que ya son capaces de actuar como fuente de nitrógeno por mecanismo más sencillos que los alcaloides. •

La microquímica ha permitido mostrar en forma general, que los alcaloides son localizados en los tejidos periféricos de los diferentes órganos de la planta, es decir en el recubrimiento de las semillas, corteza del tallo, raíz o fruto y en la epidermis de la hoja; esto permite pensar que los alcaloides cumplen una importante función como es la de proteger a la planta, por su sabor amargo de estos, del ataque de insectos.

•

Los alcaloides pueden servir de reguladores del crecimiento, se ha demostrado que los alcaloides derivados de la putrescina se incrementan notablemente durante la germinación de algunas plantas como la cebada, cuando se encuentran en suelos deficientes de potasio.

•

Mediante técnicas biotecnológicas, las plantas que normalmente acumulan alcaloides en las partes aéreas, como es el caso de la Nicotiana y Daturas, se han producido sin alcaloides. La pérdida de alcaloides en el vástago no impide el desarrollo de la planta, lo cual sugiere que los alcaloides no son esenciales para los vegetales.

Si bien, la presencia de alcaloides no es vital para la planta, estos deben de participar en secuencias metabólicas y no son solamente productos de desecho del metabolismo. Nomenclatura Todos los alcaloides se nombran con la terminación "ina", pero por lo demás la nomenclatura es muy variada y puede hacer referencia: •

A la especie que los contiene, por ejemplo: atropina, de Atropa belladona o efedrina de Ephedra sp.

•

Al efecto que producen, por ejemplo, la emetina de la ipecacuana (Cephaelis ipecacuanha) es un emético (favorece el vomito). Al nombre vulgar de la especie que los produce, por ejemplo, ergotamina, del ergot o cornezuelo de centeno (Claviceps purpurea), cafeína del café (Coffea arabiga), etc.

•

Clasificación Habitualmente los alcaloides se han clasificado en función de su estructura, distinguiéndose principalmente los compuestos heterocíclicos de los no heterocíclicos, y en base a su origen biosintético. Sin embargo, existen otras formas de clasificarlos, entre ellas, de acuerdo a sus propiedades farmacológicas y de acuerdo a su distribución botánica. En este documento se adoptará la clasificación atendiendo a la estructura y al origen, donde se muestra una gran diversidad estructural en una gran homogeneidad bioquímica, es decir, se pueden agrupar todos los alcaloides naturales conocidos por ser originados por un restringido número de

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aminoácidos o de precursores biogenéticos. Esta aproximación biogenética es indispensable como ayuda quimiotaxonómica y esta aplicada especialmente para la química estructural en la asignación de posiciones oxigenadas y para las síntesis biomimética de sustancias. Los alcaloides se agrupan entonces en dos grupos: A) con nitrógeno no heterocíclico y B) con nitrógeno heterocíclico. Dentro de cada grupo se ordenan en base a su estructura química y a su origen biosintético. La clasificación se puede visualizar de forma resumida en el esquema siguiente y se amplía a continuación: Nitrógeno no heterocíclico

Con estructura de feniletilamina Con anillo de tropolona

Derivados de la ornitina

Alcaloides tropánicos Alcaloides con núcleo de pirrol y pirrolidina Alcaloides con núcleo de pirrolicidina

Derivados de la lisina

Alcaloides con núcleo de piridina y piperidina Alcaloides con núcleo quinolizidínico

Derivados de la fenilalanina y tirosina Derivados del triptófano

Alcaloides con núcleo de isoquinoleína Alcaloides con núcleo de aporfina

Alcaloides Nitrógeno heterocíclico

Alcaloides con núcleo de quinoleína Alcaloides con núcleo de indol

Derivados de la histidina

Alcaloides con núcleo de imidazol

Alcaloides diversos

Alcaloides terpénicos y esteroidales Bases xantínicas

5.4.1. Alcaloides feniletilaminas (o fenilalquilaminas) Los productos naturales de este grupo no presentan un átomo de nitrógeno cíclico, pero tienen o una amina libre o una amina sustituida con un grupo alquil. En la medicina China, Ma Huaang (Ephedra sinica) tiene una extensa tradición de uso para el tratamiento de resfriados, asma y otras condiciones bronquiales. El componente activo de esta especie es efedrina, el cual posee propiedades estimulantes del SNC, vasoconstrictoras y broncodilatadoras. Estos efectos son similares a los de la hormona natural adrenalina, la cual es estructuralmente similar. La efedrina tiene dos centros estereogénicos (quirales), por

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ende presenta cuatro posibles isómeros. Inyecciones de (-)-efedrina son utilizadas para el asma y para el tratamiento del shock anafiláctico. Otro isómero de la efedrina, (+)pseudoefedrina, es utilizado para preparaciones contra el resfriado por sus propiedades broncodilatadoras. OH

NH2

HN

Estructura de la feniletilamina

(-) Efedrina

OH

OH HO HN

HO

HN

Adrenalina

(+)-Pseudoefedrina

La especie vegetal Catha edulis (Celastraceae), conocida también como Té de los abisinios, es un estimulante vegetal que se masca, parecido al tabaco, usado tradicionalmente en Yemen y otros países árabes vecinos. Se trata de la planta con las propiedades psicoestimulantes más potentes que se conoce hasta el momento. Sus principios activos son los alcaloides psicotrópicos catina (norefedrina) y catinona. Ambas son moléculas psicoestimulantes, derivadas de la feniletilamina, y emparentadas química y funcionalmente con las anfetaminas. Estas sustancias son utilizadas para el tratamiento del déficit de atención en niños y más concretamente en el tratamiento del déficit de atención por hiperactividad, produciendo riesgos cardiovasculares. En particular, la catinona es la más activa de las dos, y es conocida, además, porque sirve de sustrato para la obtención de un poderoso fármaco, la metcatinona (N-metil catinona). Esa síntesis química se realiza de manera relativamente sencilla y a bajo costo, en laboratorios clandestinos y su mercado es creciente a causa de la semejanza de la metcatinona con la metilendioximetilanfetamina (MDMA, éxtasis). OH

O

O NH2

Catina (norefedrina)

NH2

Catinona

118

O

HN

MDMA, éxtasis

Los indígenas del centro y norte de México, y los del sur-oeste de los Estados Unidos ingieren los botones secos del cactus Lophophora williamsii o Echinocactus williamsii (Cactaceae), conocida también como peyote o botones de mezcal, como parte de sus ceremonias mágico-religiosas. Este cactus posee entre 3 y 6% de alcaloides totales donde el principal es la mezcalina, contiene también alcaloides de tipo tetrahidroisoquinoleina como la anhalanina y lofoforina. El peyote es una de las drogas utilizadas por los aztecas en ceremonias rituales, la ingestión produce efectos síquicos: alucinaciones como visiones coloreadas, sueños vividos, distorsión en la percepción visual y de los sonidos, luego una fase depresiva acompañada de hipotensión, nauseas, sudación y midriasis. El consumo de la mezcalina pura no produce la misma respuesta del peyote, lo cual es posible debido a la contribución de otros componentes presentes en el material vegetal. La mezcalina es usada en siquiatría.   H3CO

H3CO

H3CO

NH2

H3CO

NH

H3CO

N O

OCH3

O

OH

Mezcalina

Anhalanina

Lofoforina

5.4.2. Alcaloides derivados de la tropolona Al igual que los compuestos anteriores, estos alcaloides no presentan un átomo de nitrógeno cíclico. Este tipo de alcaloides es poco común en la naturaleza, se han encontrado en varias especies de la familia Liliaceae, donde el principal es la colchicina aislado de Colchicum autumnale. Esta planta fue conocida por el filósofo griego Dioscorides y ha sido ampliamente utilizada por siglos en la península árabe, para el tratamiento curativo y específico de la gota aguda. Hoy en día es aun utilizada para este propósito. H3CO

O

NH-CO-CH3 H3CO OCH3

Anillo de tropolona

O OCH3

Colchicina 5.4.3. Alcaloides tropánicos El núcleo tropánico comprende un heterocíclico nitrogenado bicíclico, la posición 3 es hidroxilada (tropanol) dando origen a dos isómeros: El trans tropanol o verdadero tropanol, tiene el grupo OH en α (OH en posición trans en relación al grupo NCH3). Mientras que el

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cis tropanol o pseudotropanol, tiene el grupo OH en β (ΟΗ en cis en relación al grupo NCH3). El tropanol o sus derivados, son esterificados con ácidos orgánicos. El principal de estos ácidos es el ácido trópico el cual posee un carbón asimétrico. N

N

N

OH

Núcleo tropánico

OH

Tropanol

Pseudotropanol

CH2OH COOH

Ácido trópico Existen dos importantes grupos con alcaloides conteniendo este núcleo tropánico: 5.4.3.1. Grupo de la atropina (alcaloides derivados del tropanol) • • •

La hiosciamina = éster del tropanol con el ácido l-trópico. La atropina = éster del tropanol con el ácido d y l-trópico (mezcla racémica). La escopolamina o hioscina = éster del escopanol con el ácido l-trópico N

N

O CH2OH

CH2OH

O

O

O

O

(-) Hiosciamina

Hioscina

Estos alcaloides son midriáticos (dilatan la pupila) con propiedades parasimpatolíticas y se encuentran en algunos géneros de la familia Solanaceae (Atropa, Datura, Brugmansia, Hyoscyamus y Duboisias).

120

5.4.3.2. El grupo de la cocaína (alcaloides derivados del pseudotropanol) Tienen propiedades anestésicas y es el principio activo de la Erythroxylum coca y E. truxillense (Erythroxylacea). N CO2CH3 O O

Cocaína Actividad biológica de los alcaloides tropánicos Actividad del grupo atropina - hiosciamina: Estos dos alcaloides poseen las mismas propiedades farmacológicas. En general la hiosciamina es entre 10 y 50 veces más activa que la atropina, pero esta última es más estable. Presentan actividades a varios niveles. Sobre el Sistema Nervioso Central (SNC): A dosis bajas tienen poca acción pero a dosis altas, provocan acciones que se traducen en delirio llamado “delirio atropínico”. Sobre el Sistema Nervioso Autónomo (SNA): A dosis terapéuticas estos alcaloides son antagonistas de la acetil colina produciendo a nivel de los ojos, midriasis (para examinación oftalmológica), a nivel del corazón, una aceleración, a nivel de los vasos capilares una vaso constricción, a nivel del tubo digestivo un relajamiento del peristaltismo y un agotamiento de las secreciones. Tienen además, una acción espasmolítica neurotópica. Acción de la escopolamina: A dosis terapéuticas es una sustancia sedativa del SNC y antiparkinsoniana. Es un parasimpatolítico de acción más débil que los dos alcaloides anteriores. Tiene una acción sedativa del SNC con un efecto hipnótico. A dosis fuerte la escopolamina es capaz de provocar una intoxicación con narcosis y de vez en cuando alucinaciones. La hioscina es utilizada como pre-medicación antes de una operación para secar las secreciones producidas por anestésicos y para reducir las náuseas causadas por los opiáceos. Acción de la cocaína: La cocaína es un estimulante del sistema nervioso central y un anestésico local que bloquea la transmisión del impulso nervioso, por ello, la cocaína es el principal anestésico que disminuye la conducción a nivel de todo tipo de fibras nerviosas. No obstante, el compuesto es tóxico y adictivo y provoca arritmias cardiacas: por este motivo, se han sintetizado algunos compuestos que imitan la acción de la cocaína como anestésico local pero que no poseen sus propiedades más perjudiciales. Entre estos se encuentra la Novocaína. Otro efecto de la cocaína son las propiedades simpatomiméticas que se manifiesta por una aceleración cardiaca y una vasoconstricción prolongando la acción anestésica. La cocaína disminuye la reacción sobre las fibras lisas y agota las secreciones, estimula el sistema nervioso central aumentando la eficiencia muscular, al

121

mismo tiempo disminuye la sensación de hambre. También es usado como remedio para tos, TBC, alcoholismo, adicción al opio, tónico sexual, asma. Plantas con alcaloides tropánicos Belladona, Atropa belladona (Solanaceae): La droga se compone de hojas solas o mezcladas con inflorescencia. El nombre genérico de esta planta europea se refiere a Atropos, el antiguo destino griego quien en la mitología, corta el hilo de la vida. Belladona por su parte significa mujer hermosa en italiano, y se refiere al uso del jugo de las bayas de esta planta, por parte de las mujeres en el siglo 16 para dilatar las pupilas de sus ojos, lo cual era considerado como una característica atractiva. La Atropa belladona es actualmente cultivada en Inglaterra, en Europa continental y en los Estados Unidos. La droga contiene una importante cantidad de material mineral (12 al 15 %) donde el principal componente es oxalato de calcio que se encuentra únicamente a nivel del limbo. Se encuentra además una cumarina la 7-hidroxi 6 metoxi cumarina, llamada escopoletol, la cual puede servir para diferenciar la belladona de otras Solanaceas midriáticas. Los principios activos son alcaloides entre 0.3 y 1 %, principalmente derivados del tropanol esterificado por el ácido trópico: hiosciamina, atropina y escopolamina, durante el período de secado, la hiosciamina se transforma en atropina; el conjunto de hiosciamina y atropina representan entre 90 y 95 % de los alcaloides totales. Existen también trazas de alcaloides menores como apoatropina (éster del tropanol y del ácido atrópico). La raíz de belladona contiene alrededor de 0.3 - 1.0 % de alcaloides de estos un 83 - 97% es de hiosciamina, 3 15 % de atropina y hasta 2.6 % de escopolamina y otros alcaloides menores. Estramonio, Datura stramonium (Solanaceae): La droga la compone las hojas e inflorescencias. Es una planta anual originaria del Oriente que alcanza una altura de 1.5 m. La composición química del estramonio es cualitativamente análoga al de la belladona. El contenido de alcaloides totales esta entre 0.2 y 0.45 % donde la escopolamina representa una tercera parte, en las plantas jóvenes el alcaloide predominante es la escopolamina. Las semillas de estramonio contienen alrededor de 0.2 % de alcaloides midriáticos y entre 15 y 30 % de aceites. Hoja de Datura, Datura metel (Solanaceae): La droga son las hojas de una planta herbácea con flores blancas o violetas de olor desagradable. Al igual que el estramonio, las hojas desecadas de Datura metel están abarquilladas y retorcidas, son de color pardusco con márgenes enteros y con diferenciación en cuanto a la nervadura y a los pelos. El contenido alcaloídico (escopolamina, con trazas de atropina) es aproximadamente 0.2 % y algunos alcaloides menores como el caso de la datumetina (éster del tropanol con el ácido pmetoxibenzoico). Árbol de Datura, Brugmansia sanguinea (Solanaceae): El género Brugmansia considerado como una sección del género Datura por lo que se refiere a su morfología y química, da origen a varias especies, la B. sanguinea, es la más importante del género por su contenido alcaloídico. La droga son las flores y hojas. Son especies arbóreas 1,5 - 4.0 m de altura,

122

perennes originarias de Sudamérica, cultivadas principalmente como ornamentales, entre 2000 y 3700 m. La composición química corresponde a alcaloides derivados del tropano se encuentran en varios órganos de la planta en diferentes proporciones. Las flores tienen el mayor contenido de alcaloides principalmente de escopolamina y de atropina, encontrándose también apoescopolamina y 6β hidroxi 3α tigloiloxitropano. Todas las partes de Brugmansia son altamente toxicas. Las plantas son algunas veces ingeridas para recreación o para ceremonias shamánicas en algunos pueblos indígenas del este del Amazonas como los Jivaros y Urarina, sin embargo, el grado de intoxicación es impredecible y puede ser fatal. N

N

O CHCH3

HO

CH2

O

O O

O

6β-hidroxi-3α-tigloiloxitropano

Apoescopolamina

Coca, Erythroxylon coca o E. truxillense (Erythroxylaceae): Es un pequeño arbusto (alrededor de 1.5 m de altura) de las regiones tropicales y subtropicales de Sudamérica. Las hojas son enteras y elípticas de longitud variable según la variedad y el origen geográfico. Comercialmente existen dos variedades de coca: la coca de Bolivia o de huanuco (E. coca) y la de Perú o Trujillo (E. truxillense), cultivadas en Perú, Bolivia, Colombia e Indonesia. Los principios activos (entre 0.7 y 1.5 %) son alcaloides derivados del pseudotropanol (3β alcohol) más precisamente del núcleo ecgonina. Comprende monoésteres y diésteres de la ecgonina donde el principal es el diéster (cocaína) o metil benzoil ecgonina. También se encuentran pequeñas cantidades de cinamil cocaína (metil cinamil ecgonina) y truxilina (metil truxilil ecgonina). En cuanto a los monoésteres estos se encuentran en trazas siendo el principal la tropacocaína o benzoil pseudotropanol el cual no tiene interés terapéutico. La droga contiene pequeñas cantidades de taninos, flavonoides y aceite esencial.

N COOH OH H

Núcleo ecgonina

N

N

CO2CH3 O

O

O

O

Cocaína

123

Tropacocaína

En el comercio ilícito se ven diferentes formas de cocaína, la cocaína pura al 100 % llamada “nieve” es el clorhidrato de cocaína, en forma de pequeños cristales blancos la cual permite ser inhalada, es sobre todo la forma exportada ilícitamente, se vende de 10 a 15 veces más cara que la “torta o pasta de cocaína” o “bazuco” o “crack” siendo esta el sulfato de cocaína, se trata de una sustancia químicamente análoga al clorhidrato de cocaína, es el producto de la primera parte de la extracción a partir de hojas de coca. La pasta de cocaína es llamada la cocaína del pobre pues su costo es bajo debido a la simplicidad de su extracción y a los bajos precios de los productos utilizados: carbonato de sodio, gasolina o kerosene, ácido sulfúrico, y soda cáustica. El “bazuco” se extrae como una pasta pardusca donde el grado de pureza varía entre 80 y 90 %; para su consumo no se puede inhalar (es una pasta), ni inyectar (el sulfato de cocaína es insoluble en agua), solamente se puede fumar combinada con tabaco, esta práctica es muy usada en América del sur principalmente en Bolivia, Colombia y Perú. En cambio el “crack” preparado en los países no productores es de mayor pureza, pues se toma el clorhidrato de cocaína pura, se pasa por medio de un álcali a base, para luego pasarla a sal en forma de sulfato de cocaína, este tiene un costo más bajo que el clorhidrato puro, pero al pasarla a sulfato aumenta su peso lo que lo hace rentable. El “crack” es la versión norteamericana de la “pasta” colombiana o boliviana. 5.4.4. Alcaloides con núcleo de pirrol y pirrolidina La pirrolidina está compuesta de moléculas que contienen un anillo saturado de cinco miembros. Esta estructura cíclica está compuesta de un átomo de nitrógeno y cuatro de carbono. El pirrol es otro compuesto constituido por moléculas con un anillo heterocíclico de cinco miembros. Esta molécula es insaturada y contienen un átomo de nitrógeno en el anillo.

N

N

Pirrol

Pirrolidina

La hoja de coca vista anteriormente, contiene además de alcaloides con el núcleo tropánico, bases volátiles derivadas de la N-metil pirrolidina como la α y β higrina y la cuscohigrina. O

O

N

N

N

Higrina

Cuscohigrina

Cuatro anillos de pirrol están unidos en una estructura denominada anillo de porfirina. Los anillos de porfirina son componentes de la hemoglobina, la mioglobina, la vitamina B12, la clorofila y los citocromos. En los centros del grupo hemo de la hemoglobina, mioglobina y los citocromos, hay un ión hierro; en las dos primeras el ión hierro está unido al oxígeno.

124

5.4.5. Alcaloides con núcleo de pirrolizidina Más de un centenar de alcaloides pirrolizidínicos son conocidos, aunque no alcanzan importancia farmacológica. La gran mayoría son ésteres formados entre aminoalcoholes de tipo pirrolizidina, llamados necinas, y ácidos alifáticos monocarboxílicos (característicos de Boraginaceae) como acético, tíglico, 3-metil-butírico o senésico, o ácidos más complejos (característicos de Asteraceae y Leguminosae) como el ácido senésico o el ácido monocrotálico. Excepcionalmente estos alcaloides son esterificados por ácidos aromáticos. Se han encontrado principalmente en plantas pertenecientes a las familias Boraginaceae como Echium, Cynoglossum, Heliotropium, etc. en las Asteraceae (Compuestas) en el género Senecio y Eupatorium y en algunas Leguminosae, Orchidaceae y Apocynaceae. CH2OH

N

Necina

COOH

COOH

Ácido tíglico

Ácido 3-metil butírico

COOH OH

COOH HOOC

COOH

Ácido senésico

HO

OH

Ácido monocrotálico

Los alcaloides pirrolizidínicos son sustancias muy tóxicas. Sin embargo es necesario conocer cuáles son las plantas que contienen este tipo de alcaloides con objeto de limitar su empleo o en todo caso, establecer las dosis máximas toleradas. Los efectos tóxicos, más importantes para compuestos que poseen estructura de diéster macrocíclico (por ejemplo: senecionina), se manifiestan de forma crónica, cursando con dolores abdominales, ascitis, pérdida de apetito, incremento considerable de los valores de transaminasas en sangre y hepatomegalia. Esta sintomatología es consecuencia de una oclusión importante del sistema venoso hepático que conduce a hepatonecrosis. Estos alcaloides también actúan como agentes mutágenos, teratógenos e inductores de tumores hepáticos. De las especies que contienen alcaloides pirrolizidínicos se mencionarán simplemente el comfrey y la

125

consuelda, aunque dentro de este grupo también estarían por ejemplo el eupatorio (Eupatorium cannabinum L. Asteraceae) y la borraja (Borago officinalis L., Boraginaceae). La senecionina, un alcaloides de este tipo aislado de especies de la familia Boraginaceae como Symphytum officinale (Comfrey), ha ganado notoriedad debido a sus propiedades hepatotóxicas. Senecionina posee un carbón reactivo el cual es alquilado por grupos tioles presentes en muchas enzimas halladas en el hígado. Esto acontece en el Comfrey, el cual tiene una larga historia de uso como planta medicinal, pero también contiene estos alcaloides tóxicos. El compuesto también se encuentra en especies de la familia Compuesta (Asteraceae) como Senecio formosus (consuelda) y Senecio vulgaris, las cuales son problemáticas en fincas, donde pueden causar envenenamientos del ganado y de caballos. La consuelda, se utiliza como planta medicinal en distintos preparados terapéuticos sin que esté demostrada claramente su eficacia. OH O

O

O

O

N

Senecionina

5.4.6. Alcaloides con núcleo de piridina y piperidina

N H

N

Núcleo piridina

Núcleo piperidina

El tabaco (Nicotiana tabacum) es una planta originaria de América del Sur, fue introducida a América Central y a México en épocas precolombinas, y a Europa en el siglo XV por el francés Jean Nicot, dentro de un paquete de plantas terapéuticas. Actualmente es usada para la fabricación de productos fitoterapéuticos y en especial para la fabricación de cigarrillos. El contenido de las hojas en material mineral es elevado (15 a 20 %), en cuanto a los alcaloides contiene entre 1 y 10% donde el principal es la nicotina. Este compuesto es el miembro más ampliamente estudiado de la clase piridina y es el componente alcaloidal estimulante y responsable de la naturaleza adictiva de los cigarrillos y otras preparaciones de la especie vegetal. Químicamente la nicotina es una molécula que contiene un anillo de

126

pirrolidina unido a un anillo de piridina. Farmacéuticamente, la nicotina es formulada como goma de mascar para la ayuda en la cesación del cigarrillo. OCH3 CN

N N

N

Nicotina

O

Ricinina

Las semillas de higuerilla, Ricinus communis (Euphorbiaceae) contienen 50% de lípidos de donde se extrae el aceite de ricino, rico en ácido ricinoleico, ricina una toxialbúmina de constitución polipeptídica, y la ricinina, un cianoalcaloide derivado de la piridona que a su vez se deriva del núcleo piridina. La planta europea cicuta, Conium maculatum (Apiaceae), produce el alcaloide piperidínico venenoso, la coniína, el cual presenta una cadena C3 en la posición 2 del anillo de piperidina. Esta planta es famosa ya que fue utilizada para ejecutar al filósofo griego Sócrates, quien fue hallado culpable de traición y forzado a beber una preparación de cicuta. Ocasionalmente ocurren envenenamientos con esta planta cuando los niños utilizan el tallo hueco para tirar objetos pequeños, e ingieren pequeñas cantidades del veneno. Otro derivado del núcleo piperidínico corresponde a la carpaína extraída de Carica papaya. La carpaína constituye un activador de la circulación sanguínea, que, unido a los antioxidantes de la fruta, aporta al alimento cualidades preventivas ante la enfermedad cardiovascular. O O

N H

NH

Coniina

HN O

Carpaína

O

5.4.7. Alcaloides con núcleo quinolizidínico En este grupo se consideran una serie de compuestos que biogenéticamente derivan de la lisina y que poseen en su estructura simplemente una o dos quinolizidinas (estructura heterocíclica nitrogenada bicíclica) por lo que se diferencian de otras estructuras

127

alcaloídicas en las que coexiste la quinolizidina con otra estructura nitrogenada diferente. Pueden entonces ser bicíclicos como la lupinina del género Lupinus, tetracíclicos como la esparteína aislados del género Cytisus (ratama blanca o de jardín); de algunos lotos o nenúfares se han aislado la matrina, ormosia y nufaridina. Son especialmente abundantes en la familia Fabaceae, aunque también se han identificado en plantas de las familias Solanaceae, Berberidaceae, Ranunculaceae, Rubiaceae y Quenopodiaceae.

N

Núcleo quinolizidínico OH N N

N

Lupinina

Esparteína

O

N

N

N

N

N

N

Matrina

O

Ormosia

Nufaridina

Por lo general pueden considerarse como sustancias tóxicas (hepatotóxicas, neurotóxicas, teratógenas) con excepciones como es el caso de la esparteína, alcaloide volátil que aunque a altas dosis también es tóxico, figura en algunas farmacopeas por su acción sobre el corazón. 5.4.8. Alcaloides con núcleo de isoquinoleína y aporfina Un grupo importante de alcaloides es el procedente de los aminoácidos aromáticos fenilalanina y tirosina. Este grupo de alcaloides es muy amplio y en el que se encuentran compuestos dotados de actividades farmacológicas de gran interés. Principalmente forman parte del grupo los alcaloides isoquinoleínicos, derivados químicamente de la

128

isoquinoleína. Habitualmente se tratan de compuestos 1,2,3,4-tetrahidroisoquinoleínicos (este esqueleto de la tetrahidroisoquinoleina se encuentra en numerosas especies vegetales con alcaloides) o aún más frecuentemente de derivados de la benciltetrahidroisoquinoleina.

N

Núcleo Isoquinoleína Los alcaloides constituidos por tetrahidroisoquinoleínas sencillas, no son muy frecuentes y carecen de interés. Mucho más importantes son los alcaloides bencilisoquinoleínicos. Según su formación en el vegetal y su estructura química podemos subdividirlos en varios grupos, citando entre los más interesantes: 5.4.8.1. Alcaloides bencilisoquinoleínicos En este grupo de alcaloides se encuentran las bencilisoquinoleinas simples (BIQ), las benciltetrahidroisoquinoleinas (BTHIQ), y las bisbencilterahidroisoquinoleinas (BBTHIQ). Entre los bencilisoquinoleínicos se encuentra la papaverina, alcaloide aislado de las adormideras (Papaver somniferum). Aunque estos alcaloides presentan actividad dopaminérgica, solo la papaverina es usada en terapéutica como un espasmolítico, que relaja la musculatura lisa y actúa sobre los nervios periféricos del sistema parasimpático. Es poca activa sobre el sistema nervioso central. H3CO N

H3CO H3CO

H3CO

Papaverina Las BBTHIQ son dímeros de las BTHIQ y ambas representan más de 400 estructuras repartidas en una decena de familias donde las principales son: Menispermaceae (alrededor de 25 géneros), Ranunculiaceae, Berberidaceae, Monimiaceae, Annonaceae y Lauraceae. Alcaloides dímeros como la tubocurarina y otros alcaloides de los curares, son ejemplos concretos de estructuras BBTHIQ. El término curare se aplica a un gran número de productos vegetales complejos, utilizados por los indígenas de América del Sur por medio del envenenamiento de sus flechas para cazar sus presas, estos productos son inocuos vía oral y activos vía parenteral produciendo parálisis muscular y parálisis respiratoria.

129

OCH3 N

OH O O

N

OCH3 H3CO

tubocurarina Los curares están constituidos principalmente por extractos de corteza de especies de la familia Menispermaceae, pertenecientes a los géneros Chondrodendron (C. tomentosum) y Curarea (C. toxifera o C. candicans). Estos curares comprenden alcaloides BBTHIQ como la tubocurarina. A partir de la familia Loganiaceae y particularmente del género Strychnos (S. toxifera, S. castelnaeana, S. letalis y S. rondetelioides), se encuentran también alcaloides de tipo bisindólicos como la toxiferina I (ver numeral 5.4.10.2). El extracto obtenido es concentrado al fuego, depositado y almacenado en tubos o cañas de bambú, para ser usados impregnando las flechas o dardos de cacería. Aunque la estructura de la tubocurarina no estaba bien establecida (hace algunos años se creía en forma equivocada que los dos átomos de nitrógeno eran cuaternarios) se demostró por cristalografía de rayos X que la distancia entre los átomos de nitrógeno es de 1.03 nm; esta distancia se puede lograr con análogos sintéticos más sencillos de la tubocurarina, donde los nitrógenos están separados por cadenas de 9 a 12 átomos de carbono con distintos grados de estiramiento o plegamiento. Esta observación llevó a la síntesis de compuestos con estructura general (CH3)3N+-(CH2)n-+N(CH3)3 encontrándose que estos homólogos muestran fuertes actividades curarizantes. Dos relajantes musculares de uso corriente que surgieron de estas investigaciones de fines de la década de los 40 son el decametonio de acción un poco prolongada y el succinil colina o suxametonium fácilmente hidrolizable y de acción breve. En resumen, el interés farmacológico de estas sustancias es limitado, aunque muchas presentan un potencial interesante, ninguna es comercializada. Un cierto número de estas sustancias tienen una actividad importante como paralizantes musculares, sin embargo, actualmente solo son utilizados sus compuestos hemisintéticos o sintéticos. 5.4.8.2. Alcaloides morfinanos Con los alcaloides como grupo, las isoquinolinas tienen un profundo efecto sobre la sociedad humana como agentes para tratar el dolor y como drogas de abuso. En particular, el opio, el cual es rico en alcaloides de tipo morfinano, ha sido utilizado por milenios en el tratamiento del dolor y como una sustancia narcótica, y posiblemente, ninguna otra sustancia ha causado tanta miseria a la humanidad.

130

El opio es el látex desecado obtenido de las cápsulas inmaduras de Papaver somniferum (adormidera), obtenido por la incisión de las cápsulas de las diferentes variedades, que luego de secado y oxidado, forma una pasta de color café oscuro y de sabor acre y amargo. El opio contiene cerca de 30 alcaloides, de los cuales, los mayores componentes son la morfina, la codeína, la tebaína (alcaloides morfinanos) y la papaverina. Estos alcaloides morfinanos son exclusivos del género Papaver, género que cuenta con más de cien especies, sin embargo, solo una decena biosintetiza la tebaína, mientras que la morfina es solamente elaborada por P. somniferum y P. setigerum. H3CO

R1O

O

O

N

N

H3CO

R2O

Morfina R1 = R2 = H Heroína R1 = R2 = Acetil Codeína R1 = CH3, R2 = H

Tebaína

La morfina, cuyo nombre derivada del dios griego del sueño, Morfeo, posee una amina básica terciaria y un grupo funcional fenólico. Se produjo en forma pura en 1880 y se reconoció rápidamente como un excelente analgésico cuando era inyectado (a pesar de sus propiedades adictivas). La morfina es considerada como el analgésico por excelencia pero inductor de dependencia física y psíquica. La actividad farmacológica de la morfina se da a nivel del SNC, por medio de una acción analgésica que se manifiesta a dosis bajas produciendo depresión de la percepción dolorosa; paralelamente, desarrolla una sedación seguida de euforia que pasa progresivamente a sueño, el despertar es particularmente desagradable; por lo tanto es un buen analgésico pero mal hipnótico. Sobre la respiración, la morfina es un depresor respiratorio. Este compuesto y sus derivados presentan una acción antitusiva a bajas dosis. La diacetil morfina, es decir la heroína, tiene vía intravenosa una acción euforizante. Hay demasiados escritos que versan sobre la naturaleza destructiva de la heroína como una droga de abuso, pero este agente es altamente útil en el manejo del dolor, particularmente en pacientes con cáncer terminal. La codeína en el morfinano más utilizado en terapéutica. La metilación del hidroxilo fenólico de la morfina produce modificaciones de la actividad farmacológica tales como una disminución de la acción analgésica, una disminución del efecto depresor respiratorio y una disminución de la toxicomanía, pero mejora las propiedades antitusivas, así como una acción sedativa a dosis altas y prolongadas. La tebaína por su parte, es el producto de partida de muchos agentes incluyendo codeína y algunos sedantes veterinarios como por ejemplo la etorfina.

131

5.4.8.3. Alcaloides Aporfínicos El término aporfinoide está estrechamente ligado a la morfina debido al rearreglo estructural de esta en medio ácido, produciendo la apomorfina, una aporfina hemisintética. La apomorfina es utilizada en humanos vía parenteral para producir vómito cuando se ha ingerido tóxicos, este alcaloide también es disponible en comprimidos sublinguales en caso de intoxicaciones alcohólicas, actualmente es usado contra la disfunción eréctil y comercializado con el nombre de Uprima®. Recientemente, se ha demostrado que es útil en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson's.

N HO

HO

Apomorfina Esta sustancia le dio entonces el nombre a los aporfinoides (proaporfinas, aporfinas y derivados). Actualmente hay más de 600 estructuras conocidas y frecuentemente encontradas en familias consideradas arcaicas, del orden de las Magnoliales como Annonaceae, Lauraceae, Magnoliaceae, Monimiaceae, Menispermaceae y en otras familias como Renunculiaceae, Papaveraceae y Hernandiaceae. Ensayos in vitro e in vivo han mostrado en ciertos aporfinoides un potencial farmacológico importante, como por ejemplo: antagonistas dopaminérgicos (anonaína, bulbocapnina), depresor del SNC (coridina), antitusivos (glaucina), antibacteriales y antifúngicos (liriodenina), efecto vasodilatador en aorta de rata (liriodenina y norushinsunina), antiplaquetarios (boldina, glaucina), antioxidantes (melosmina) y actividad citotóxica (lisicamina, liriodenina y algunas bisaporfinas).

O

H3CO

O NH

O

Anonaína

N

O

N

HO

HO

H3CO

H3CO

H3CO

Bulbocapnina

132

Coridina

H3CO

O N

H3CO

O N

O

O

NH

O

O

Lisicamina

OH

Liriodenina

Norushinsunina OCH3

HO

H3CO N

H3CO

H3CO

NH

H3CO

N

HO

H3CO

H3CO OCH3

Glaucina

OH

Boldina

OH

Melosmina

Solamente dos aporfinas son actualmente incluidas como especialidades farmacéuticas: el extracto de hojas y de corteza del boldo donde se extrae la boldina, una sustancia con actividad colerética y colagoga, y la apomorfina, aunque producto hemisintético, tiene como se dijo anteriormente, gran importancia farmacológica. 5.4.8.4. Protoberberinas  

Las protoberberinas son alcaloides tetracíclicos terciarios o cuaternarios con un registro de alrededor de 40 estructuras distribuidas en las familias Papaveraceae, Berberidaceae, Fumariaceae, Menispermaceae, Ranunculaceae, Rutaceae, y Annonaceae, con algunos pocos ejemplos hallados en Magnoliaceae y Convolvulaceae (Osorio et al., 2008). La mayoría de los alcaloides protoberberínicos existen en las plantas como tetrahidroprotoberberinas o como sales de protoberberinas cuaternarias. Los alcaloides protoberberínicos cuaternarios (QPA) representan aproximadamente el 25% de todos los alcaloides con esqueleto tipo protoberberínico aislados a partir de fuentes naturales. El prototipo de estas sustancias es la berberina, un QPA inicialmente obtenida a partir de Berberis vulgaris L. (Berberidaceae), quizás el alcaloide más distribuido en el reino vegetal y conocido por su actividad antiparasitaria. Este metabolito es el principal constituyente de varias especies utilizadas tradicionalmente para el tratamiento de la leishmaniosis cutánea, la malaria y la amibiasis. La berberina se utilizo clínicamente para el tratamiento de la leishmaniasis por alrededor de 50 años y ha presentado actividad significante tanto in vitro como in vivo frente a diferentes especies de Leishmania.

133

O N+

O

OCH3

OCH3

Berberina 5.4.8.5. Alcalóides de Amaryllidaceae Las plantas pertenecientes a la familia Amaryllidaceae son conocidas por producir una serie de alcaloides únicos desde el punto de vista estructural y denominados alcaloides de Amaryllidaceae. Estos alcaloides representan un grupo aun en expansión de alcaloides isoquinolínicos, la mayoría de los cuales no son conocidos en otras familias de plantas. Desde el aislamiento del primer alcaloide de Amaryllidaceae, la licorina de Narcissus pseudonarcissus L. en 1877, se han realizado progresos sustanciales en la examinación de plantas pertenecientes a la familia. Hoy por hoy, 300 alcaloides de Amaryllidaceae han sido aislados y a pesar que sus estructuras varían considerablemente, son considerados por estar biogenéticamente relacionados (Osorio et al., 2008). Los alcaloides de Amaryllidaceae presentan un amplio rango de interesantes efectos fisiológicos, incluyendo actividad antitumoral, antiviral, citotóxica, antiinflamatoria, inhibitoria de la acetilcolinesterasa, entre otras. Debido a esta última actividad, algunos de estos alcaloides se han utilizados en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer. Es así como en el año de 2002, el compuesto galantamina fue aprobado por la FDA para el tratamiento de casos leves de ésta enfermedad. La galantamina aislada de varias especies de Amaryllidaceae, con un contenido entre 0.05 y 0.2% en el bulbo, no es económicamente sintetizable, por lo que el compuesto es extraído principalmente de los géneros Galanthus, Narcissus y Leucojum. OH HO

OH

O H3CO

O O

N

N

Licorina

Galantamina

5.4.8.6. Alcaloides isoquinolein-monoterpénicos. Por último y dentro de los alcaloides isoquinolínicos, citaremos los derivados isoquinoleinmonoterpénicos. Estos alcaloides no son muy comunes, se encuentran en pocas especies de Rubiaceae como Cephaelis y Pogonopus, y en las familias Alangiaceae e Icasinaceae. Entre los ejemplos representativos tenemos los alcaloides de la ipecacuana (Cephaelis ipecacuanha y C. acuminata) como la emetina o la cefalina, que poseen propiedades

134

eméticas y antidisentéricas. La ipecacuana es una planta nativa de Brasil, cuyos rizomas fueron utilizados por los indígenas de la región para tratar la diarrea. La planta también se utilizó para tratar la disentería pero los efectos adversos (vómitos, nauseas y problemas gastrointestinales) detuvieron su uso. Sin embargo, ésta es utilizada como un emético para inducir vomito después de envenenamientos o sobredosis. Adicionalmente a sus propiedades eméticas y amibicida, la emetina es un expectorante, y es adicionada a muchos remedios para tratar la tos. Existe una variedad de C. acuminata conocida como ipeca de Cartagena, la cual se encuentra en Colombia y Centro América. RO N

H3CO

CH2 HN

OCH3

OCH3

Emetina R = CH3 Cefalina R = H 5.4.9. Alcaloides quinolínicos Las quinas son árboles originarios de la cordillera de los Andes y pertenecen al género Cinchona (Rubiaceae). Su corteza contiene alcaloides utilizados por sus propiedades tónicas, febrífugas, antimaláricas y antiarrítmicas. Su historia se remonta desde la época de la conquista en 1632, cuando el conde de Chinchón Luis Jerónimo Fernández de Carrera, virrey del Perú, debía dejar el nuevo mundo por las constantes fiebres sufridas por su esposa la condesa Ana Osorio. Un indígena le recomendó tomar un brebaje de quina, una planta de la región, sus fiebres fueron curadas y se introdujo por primera vez en Europa una planta medicinal, la corteza de quina. La quinina es aislada en 1820 por los farmacéuticos franceses Pelletier y Carventou, sin embargo, la estructura no fue conocida hasta el año 1908 y la síntesis total fue realizada a mediados de la década del 40. El compuesto puro fue utilizado extensamente como un agente antimalárico y a partir de él, se diseñaron nuevos fármacos conservando el anillo quinolínico tales como quinacrina, cloroquina y mefloquina. No obstante, la resistencia a los agentes sintéticos, particularmente cloroquina, es un grave problema de la terapia contra la malaria. Interesantemente, la quinina es activa en muchos casos frente a parásitos de malaria resistentes a cloroquina, por lo tanto, su utilización tomo un segundo aire. Además, Se observo que los pacientes que presentaban malaria, quienes además presentaban algún tipo de fibrilación cardiaca, fueron curados de arritmias por la quinidida, un isómero de la quinina con diferente configuración estructural. Más adelante, la quinidina se convirtió en un agente eficaz para el tratamiento de arritmias cardiacas.

135

H

HO

N

HO H3CO

N

H

H

H

H3CO

N

N

Quinina

Quinidina

5.4.10. Alcaloides indólicos Al igual que las isoquinolinas, los alcaloides indólicos son una importante fuente de compuestos bioactivos. Existen unos 800 alcaloides de este tipo distribuidos principalmente en la familia Apocynaceae (géneros Rauwolfia, Aspidosperma, Vinca), menos frecuentes en hongos y familias como Loganiaceae, Leguminoseae, Malphigiaceae, Rubiaceae y Rutaceae en donde los alcaloides presentan el grupo indólico sencillo. Desde el punto de vista farmacológico existe interés sobre las bases que contienen el núcleo indólico, a raíz del descubrimiento de la actividad alucinógena del LSD, así como la actividad sedante de la reserpina, aislada del género Rauwolfia. El auge de este estudio fitoquímico ocurrió en la década de los 60 y se dirigía principalmente a la familia Apocynaceae. El triptófano es el precursor de estos alcaloides los cuales se clasifican a grosso modo en triptaminas simples y en triptaminas complejas. A continuación se estudian los principales grupos de alcaloides indólicos, así como una mención acerca de sus actividades farmacológicas. 5.4.10.1. Triptaminas simples Las triptaminas simples juegan un importante papel en la cultura indígena de América por sus efectos alucinógenos que se observan en las ceremonias mágico religiosas. Se han encontrado en hongos alucinógenos de Mesoamérica de los géneros Psilocybe, Stropharia y Conocybe usados por los indios Aztecas en sus ceremonias religiosas desde hace más de 1700 años. En estos hongos se han encontrado los alcaloides alucinógenos: psilocibina y psilocina, que al ingerirlos producen diferentes sensaciones auditivas y visuales, relajación muscular, depresiones y euforias alternadas. COOH OR

N H

Triptófano

N

NH2

NH2

N H

Triptamina

136

N H

Psilocibina R = P Psilocina R = H

La serotonina que juega un importante papel en la actividad neuronal, se encuentra también en vegetales, así se ha aislado en el pericarpio del banano el cual cuando se seca y se fuma, actúa como un alucinógeno ligero. De las glándulas parótidas del sapo común Bufo vulgaris se aisló la bufotenina, derivado N-dimetilado de la serotonina, el cual es también el principio activo del Yopó, polvo de las semillas de Anadenanthera peregrina (Piptadenia peregrina) de la familia Leguminoseae y de especies del género Virola (Myristicaceae), los cuales son mezclados con cenizas e inhalados por medio de tubos de bambú por los indígenas del Orinoco en ceremonias mágico religiosas, produciendo alucinación e incoordinación motriz. R

R

N

HO

N H

Serotonina R = H Bufotenina R = CH3 Entre las triptaminas simples se incluyen estructuras un poco más complejas como la ergina, alcaloide extraído de las Convulvulaceae del Nuevo mundo consideradas plantas sagradas de México (llamadas también plantas serpientes). Han sido utilizadas por chamanes en el imperio Azteca en ceremonias mágico religiosas para conocer el futuro, curar enfermedades o en sacrificios religiosos. Por su parte, la fisostigmina o eserina y la eserolina que se encuentran en Physostigma venenosum (Leguminoceae), una especie de Guinea que produce una gran vaina con 2 o 3 semillas de 2 a 3 cm de longitud, conocidas como habas de calabar, se han usado en África como alucinógenos orales, su ingestión produce hipersecreción de la saliva, de sudor, de lagrimas y de orina, así como trastornos visuales, sed, temblor, contracciones y a veces muerte por paro cardiaco. NH2 O

N

O

O

HO N N

N H

Ergina

Fisostigmina

137

N N

Eserolina

Las preparaciones del yagé o ayahuasca son elaboradas por los shamanes amazónicos de la Amazonía y la Orinoquía a partir de las cortezas de las especies Banisteriopsis caapi y B. inebrians (familia Malpighiaceae). Estas preparaciones contienen alcaloides indólicos de tipo β-carbolinas, tales como la harmala y la harmalina, este último usado en el tratamiento del mal de Parkinson. Alcaloides similares se encontraron también en Pegamun harmala (Zygophillaceae) y en menos cantidad en especies de las familias Rutaceae, Leguminoceae, Rubiaceae y Passifloraceae, en esta última por ejemplo en el género Passiflora. La ingestión del yagé produce en los chamanes efectos alucinógenos y adivinativos.

N

N

N H

N H

Harmala

Harmalina

5.4.10.2. Triptaminas complejas no isoprénicas Los indígenas del Amazonas han utilizado la corteza de diversas especies del género Strychnos (familia Loganiaceae), donde se han encontrado dímeros indólicos como es el caso de la toxiferina I, en combinación de especies de la familia Menispermaceae para la elaboración de los curares. +

N CH2OH

N N

HOH2C

+

N

Toxiferina I 5.4.10.2. Triptaminas complejas isoprénicas Las triptaminas isoprénicas más importantes son las ergolinas, nombre dado al núcleo de los alcaloides del ergot (cornezuelo del centeno) y comprende el esclerocio desecado y producido por el hongo del género Claviceps (Clavicipitaceae), siendo la especie principal C. purpurea, entre aproximadamente 50 especies, la cual se desarrolla en el ovario del centeno produciendo granos alargados en forma de un pequeño cuerno, de ahí su nombre.

138

Los alcaloides del ergot corresponden a alcaloides indólicos del tipo ergometrina, los cuales tienen una cadena amida simple, y el grupo ergotamina, el cual posee una cadena compleja.

HO

N

O

O N

HN O

CH2OH

HN

N

O

N H

Ergometrina

H3CH2C

N

CH2CH3

O

O

N

N

N H

N H

Ergotamina

LSD (lysergic acid diethylamide)

La ergometrina presenta actividad oxitócica y ha sido utilizada para expulsar la placenta después del parto y para incrementar las contracciones, debido a que actúa en el músculo uterino. Por su parte, la ergotamina fue inicialmente utilizada en 1920 para la mitigación de la migraña. Hoy por hoy aún se utiliza para este fin. El compuesto reduce la vasodilatación, la cual puede ocasionar el dolor de cabeza. Los alcaloides del ergot se utilizaron como moléculas base los productos hemisintéticos bromocriptina, pergolida y cabergolida, los cuales tienen uso en desordenes neurológicos tales como la enfermedad de Parkinson. El ergot puede causar alucinaciones ya que los alcaloides están estructuralmente relacionados con el compuesto alucinogénico de abuso LSD (del inglés: lysergic acid diethylamide). No obstante, dentro del grupo de los alcaloides indólicos, los mas importantes son los agentes anticancerígenos vincristina (VCR o vinca leurocristina) y vinblastina (VLB o vinca leucoblastina), obtenidos a partir de la Vinca, (Catharanthus roseus, Apocynaceae). Estos son unos productos naturales bisindólicos (alcaloides diméricos) presentes en pequeñas cantidades en el material vegetal. Estudios fitoquímicos han permitido el aislamiento de alrededor de 200 alcaloides, 25 de ellos de tipo bisindólico (der Heijden et al., 2004) a partir de esta pequeña especie. Vindesina es un derivado semisintético el cual también es usado clínicamente. Estos compuestos son utilizados para el tratamiento del linfoma de Hodgkin`s, leucemia aguda y algunos tumores sólidos. Los alcaloides de las raíces de las Rauwolfias (Apocynaceae) poseen marcada actividad biológica (neurosedante, antihipertensivo y/o antiarrítmico). La Rauwolfia serpentina de origen asiático, es conocida por sus propiedades febrífugas y antiepilépticas, en 1952 se aisló la reserpina, alcaloide principal de la raíz. Este compuesto fue utilizado como un agente hipertensivo, sin embargo hoy en día no es el medicamento de escogencia debido a sus efectos adversos (neurotoxicidad, citotoxicida y depresión).

139

OH

OH N

N

N H

N H

CO2CH3

CO2CH3

H3CO

H3CO

N

N

N

N O

R

HO

O CO2CH3

Vincristina, R = CHO Vinblastina, R = CH3

OH CONH2

Vindesina

OCH3 O

N

H3CO

O

N H

OCH3

OCH3

OCH3

H3CO O

Reserpina 5.4.11. Alcaloides con núcleo de imidazol El único miembro de esta clase que es de merito farmacéutico es la pilocarpina obtenida de jaborandi (Pilocarpus jaborandi, Rutaceae), un árbol común de sur América cuyas hojas contienen entre 0.7-0.8% de alcaloides totales, siendo el principal la pilocarpina. Las sales de pilocarpina se utilizan en la práctica oftálmica ya que producen contracción de la pupila (miosis), debido a su acción colinérgica (acción antagonista a la que posee la atropina). En el comienzo del glaucoma, sirve para incrementar la irrigación del ojo y disminuir la presión. Las hojas desecadas pierden rápidamente su actividad por almacenamiento. N O O

N

Pilocarpina

140

5.4.12. Alcaloides terpénicos y esteroidales Estos alcaloides tienen origen biogenético común, actividad biológica y distribución diversa. La incorporación del nitrógeno es tardía, es decir, se forma el terpenoide y luego se incorpora el nitrógeno, considerándose como pseudoalcaloides o falsos alcaloides. Aunque su clasificación se relaciona con la de los terpenoides, los más importantes son los alcaloides diterpénicos y esteroidales. 5.4.12.1. Alcaloides diterpénicos Son generalmente aislados de las familias Ranunculaceae y de Rosaceae, se caracterizan por su alta toxicidad y su estructura comprende esqueletos C20 diterpenos y C19 norditerpenos. Los alcaloides norditerpenos son de tipo aconitina como la aconitina y la delfinina de Aconitum napellus (Ranunculacea), la cual es una planta herbácea y sus raíces son usadas como veneno de flechas con un contenido entre 0.5 y 1.5% de alcaloides totales. OH OCH3

OH

OCH3 OCH3

OCO

OCOCH3

N

OCH3 OCO

OCOCH3

N

OCH3

OCH3

H3CO

H3CO

Aconitina

Delfinina

Los alcaloides diterpénicos propiamente dichos tienen estructura tipo atisina, el nitrógeno puede estar dentro como la atisina de Aconitum heterophyllum o fuera de un ciclo como en el caso de cassaina, alcaloide altamente tóxico extraído de plantas del género Erythrophleum (Cassalpinaceae). O

O

O

N HO

O

Atisina

Cassaina

5.4.12.2. Alcaloides esteroidales: Los alcaloides esteroidales se clasifican en tres grupos:

141

N

• • •

Los C21: aminopregnanos Los C24: cicloartenol Los C27: esteroidales propiamente dichos

Los alcaloides esteroidales C21 son derivados del pregnano, donde el nitrógeno puede ser intra o extracíclico, son característicos de ciertos géneros de Apocynaceae, existen también en el género Pachysandra de la familia Buxaceae. Por su parte los alcaloides de tipo C24, derivados del cicloartenol, son específicos de la familia Buxaceae y son dinitrogenados en los carbonos 3 y 20. Por último, los alcaloides esteroidales C27 están presentes en las familias Solanaceae y Liliaceae. En las Solanaceae se encuentran los alcaloides esteroidales verdaderos, están estrechamente aparentadas con las sapogeninas esteroidales, encontrándose también como glicósidos. La solanidina y el glicósido β-solanina se encuentra en la corteza de la papa Solanun tuberosum así como en S. nigrum. N

O

N

N H

Ejemplos C21

Holaphilina

Conesina

N

N

OH

N

Ejemplos C24

OH

N

Ciclobuxina

Buxamina H N

N

HO

Ejemplos C27

O

HO

Solanidina

Solasodina

142

5.4.13. Alcaloides derivados de bases púricas Los alcaloides derivados de bases púricas son importantes debido a su gran consumo en el mundo entero. Estos compuestos son utilizados como excitantes del SNC y el principal representante es la cafeína. Otros ejemplos corresponden a teofilina y teobromina. Son considerados alcaloides imperfectos pues aunque se derivan de aminoácidos modificados como es la purina + pirimidina, mas precisamente la xantina o dioxo-2,6 purina, poseen un carácter básico pero no precipitan con los reactivos específicos para alcaloides. O N

N O

O

N

Cafeína

N

H N

N O

O

N

N

Teofilina

143

N

HN O

N

N

Teobromina

6. VALIDACIÓN DE PLANTAS MEDICINALES DE USO TRADICIONAL. Muchos principios activos, pese al desarrollo de la química farmacéutica, se siguen obteniendo de las plantas, ya sean porque no son fáciles de sintetizar o bien por el alto costo que ello puede suponer, frente a la accesibilidad que representa su obtención directa a partir de la naturaleza. Se estima que en la actualidad solo el 4% de los productos naturales de aplicación terapéutica se obtienen por síntesis química, fundamentalmente por razones económicas. Son abundantes los ejemplos de principios activos que todavía se siguen obteniendo a partir de cultivos de plantas medicinales. Así, cabría mencionar: morfina, codeína, y noscapina de la adormidera (Papaver somniferum), digoxina de la digital (Digitalis lanata), galantamina (Narcissus spp.), entre otros, que no han perdido su puesto de vanguardia en la terapéutica. Es por ello que aun es intensa la investigación científica sobre el estudio de las plantas medicinales. Los objetivos de esta investigación son: • • • •

La identificación de las plantas dotadas de actividad farmacológica. El descubrimiento de nuevas sustancias farmacológicamente activas. El descubrimiento de nuevas moléculas, las cuales podrían ser transformadas en medicamentos mediante procesos de hemisíntesis, y La validación científica del uso de plantas de la medicina tradicional y popular (5).

Las plantas medicinales y aromáticas son una parte fundamental de los sistemas de medicinal tradicional y popular y son a su vez, una importante fuente de materia prima y transformadores finales. Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), se estima que las plantas medicinales representan el único medio terapéutico para el 80% de la población mundial. En principio cabría suponer que el campo de la investigación de productos naturales debía de estar agotado a estas alturas, pero nada más lejos de la realidad. Algunos autores afirman que solo se ha estudiado, desde el punto de vista fitoquímico, algo más del 10% de la flora terrestre y lo realizado con la flora marítima es, lógicamente, bastante menor, por lo que podríamos decir con relación al futuro de las plantas medicinales, el 90% restante queda presto al descubrimiento y a la investigación fitoquímica. Ahora bien, esto con relación a los análisis químicos, pero que hay con respecto a los análisis de actividad biológica?. Son relativamente pocas hasta el momento las especies tropicales que han sido estudiadas desde el punto de vista de su potencial de acción farmacológica, se estima que menos del 1%. Por otra parte, se considera que Colombia es uno de los países con mayor diversidad florística, representada en gran variedad de ecosistemas como los bosques húmedos tropicales, las sabanas llaneras y los bosques aluviales o de vegas, entre otros. Esta "megadiversidad ecosistémica" está directamente relacionada con el número de especies existentes en el territorio nacional. En Colombia se reportan aproximadamente 45.000 especies de flora, de las cuales, cerca de 6.000 poseen algún tipo de característica medicinal

144

(20). No obstante y a pesar de este enorme potencial, en el Instituto Nacional de Vigilancia de Alimentos y Medicamentos - INVIMA, se tiene un registro de tan sólo 121 especies aprobadas para uso medicinal, de las cuales únicamente 11 son nativas. Se observa así, el enorme potencial que tiene la investigación alrededor de la validación de las plantas medicinales nativas de uso tradicional en Colombia, máxime aun cuando países como el nuestro presenta solamente una biodiversidad estudiada del 15% (21). Tal como se establecio anteriormente, la selección de especies vegetales para la investigación puede ser realizada al azar, utilizando criterios quimiotaxonómicos o criterios etnofarmacológicos. Es así como la industria farmacéutica ha desarrollado líneas de investigación en el campo de la etnofarmacología, de cara a la utilización de sustancias de uso tradicional, donde las perspectivas de obtención de nuevos productos activos naturales encuentren nuevos horizontes de futuro. El descubrimiento de nuevas sustancias bioactivas a partir de estudios etnofarmacológicos (screening dirigido) supone un planteamiento que proporciona grandes éxitos a las compañías farmacéuticas. Este enfoque implica un programa de recolección de plantas medicinales con especial énfasis en aquellas especies utilizadas por la población indígena en zonas tropicales del mundo, lo que supone una vía rápida en el largo y costoso proceso de screening casual, utilizado por la industria convencional. Lógicamente la selección de las plantas a estudiar esta dirigida hacia la utilización etnomédica con un objetivo claro, la curación o mejora e una determinada enfermedad. El hecho de que las plantas seleccionadas con este fin hayan sido utilizadas por el hombre, aumenta la probabilidad de que las sustancias obtenidas sean eficaces en modelos de experimentación animal, que reproduzcan la patología humana para cual fue seleccionada la planta. En definitiva, la idea de establecer un proceso rápido y eficaz para el descubrimiento de nuevas sustancias biológicamente activas, pasa por la integración de la etnobotánica, la medicina moderna, y la química de productos naturales. En este sentido se ha desarrollado plataformas de tecnología pionera que integran diversas ciencias: etnobotánica, etnomedicina, medicina, modernas técnicas de separación y elucidación estructural de principios activos y screening in vivo. Esta tecnología pionera ha dado lugar en EEUU, al descubrimiento de sustancias activas por vía oral en el tratamiento de la diabetes, de sustancias antivirales a partir de especies tropicales como, por ejemplo, especies con actividad anti-VIH como Maclura tinctoria, Conospermun incurvum, Myrianthus holstii, Sidonops microspinosa, Leonia cymosa, Murraya siamensis, Chassalia parvifolia, y Homalanthus nutans, entre otras, y a especies con actividad antitumoral como Ircinia ramosa, Gonystylus keithii, Caesaria arborea, Laetia corymbulosa, y diferentes especies de los géneros Coscinoderma, Haliclona y Pseudoclistoma. Se puede considerar por tanto, que la farmacognosia del nuevo milenio evolucionará fundamentalmente hacia el desarrollo de nuevas técnicas analíticas aplicadas a extractos brutos de plantas seleccionadas desde el punto de vista de los datos etnofarmacológicos.

145

Con este fin se han desarrollado métodos modernos de detección rápida de productos naturales biológicamente activos que juegan un papel estratégico en la investigación fitoquímica. Para llevar a cabo un screening eficaz de los extractos, se están empleando en la actualidad métodos que combinan ensayos biológicos y análisis por cromatografía liquida de alta resolución (HPLC), con varios sistemas de detección (UV, EM, RMN). La utilización de estas técnicas de manera acoplada facilita la determinación estructural de los constituyentes de las plantas conocidas, con la ventaja adicional de que se requiere una mínima cantidad de muestra y además se reduce el tiempo necesario para el análisis. La aplicación de estos métodos constituye un trabajo interdisciplinar. En el estudio multidisciplinario deben estar involucrados los profesionales de la y recolección de la información sobre el uso de las plantas en medicina tradicional / popular (antropólogos, etnobotánicos), los profesionales del área de la botánica (recolección e identificación de las especies de interés en este campo de conocimiento y estudios sistemáticos, preparación del material), los profesionales del área de la química (preparación de extractos y screening fitoquímico), los profesionales del área de la farmacología (screening farmacológico, determinación de la toxicidad aguda, las pruebas de actividad farmacológica específica) y los profesionales del área de la microbiología (pruebas de actividad antimicrobiana). Los datos obtenidos de la recolección del material, los datos etnofarmacológicos y los datos pertinentes a la extracción de las muestran deben estar debidamente registrados. Cada profesional aporta su estudio en una forma coordenada. Los estudios más avanzados involucran farmacognostas, responsables de la descripción macro y microscópica de la parte usada de la planta (droga vegetal), químicos (fraccionamiento de los extractos, separación de los constituyentes activos por métodos cromatográficos, elucidación estructural y síntesis parcial o total, así como la preparación de derivados con el fin de establecer relaciones de estructura actividad) farmacólogos (estudios farmacológicos avanzados: pruebas de actividad específicas, determinación de la toxicidad sub-aguda y crónica, cancerogenicidad, mutagenicidad, entre otros ensayos), tecnólogos farmacéuticos (elaboración de las formas farmacéuticas) y médicos (ensayos clínicos). 6.1. La validación de plantas medicinales: Es demostrar cierta propiedad medicinal de una especie vegetal, que es utilizada frecuentemente en una comunidad. La validación tiende a ofrecer alternativas terapéuticas a la comunidad seleccionada. Se debe de devolver a la comunidad la información validada. Es necesario realizar un proceso de investigación que consta de varios pasos. 6.1.1. Establecimiento del uso tradicional comparativo entre comunidades: Decisión 1: La planta es usada para la misma dolencia por 2 o más comunidades?. En caso negativo, se desecha o descarta la planta. 6.1.2. Identificación botánica:

146

Se debe de definir el género y la especie. Interviene el botánico, el taxónomo y hay una revisión bibliográfica. 6.1.3. Tamizaje farmacológico y toxicológico: El tamizaje farmacológico constituye una de las etapas iniciales en la investigación sobre plantas medicinales (5). Se entiende por tamizaje un conjunto de técnicas relativamente simples que permiten al investigador evaluar la posible acción farmacológica y la toxicidad de una planta. El tamizaje farmacológico de extractos de plantas busca descubrir aquellas que presentan actividad farmacológica. El tamizaje farmacológico debe ser cuidadosamente realizado, para que sea seguro y reproducible; sin embargo, las técnicas y los procedimientos no deben de ser exageradamente elaborados y caros. La cantidad del material necesaria para el tamizaje debe ser pequeña y los procedimientos deben programarse de tal manera que se pueda utilizar el material bruto, como extractos de plantas o fracciones de extractos. El tamizaje sea general o específico, produce solo probabilidades sobre la actividad que la muestra tendría en un ser humano enfermo. El estudio farmacológico de las drogas tiene como finalidad: •

• •

Establecer las acciones farmacológicas, es decir, determinar la actividad de dichas drogas sobre organismo vivos. Pretende determinar tanto el efecto o efectos principales como los efectos secundarios. Realizar estudios de toxicidad para evaluar los posibles efectos tóxicos de las drogas que se están estudiando. Establecer el margen terapéutico, es decir, determinar la diferencia entre la dosis terapéutica y la dosis tóxica. Generalmente la manifestación de efectos terapéuticos o tóxicos dependen de la dosis. En ocasiones, la diferencia entre dosis terapéutica (dosis a la que se desarrolla una acción eficaz) y dosis tóxica (dosis a la que aparecen manifestaciones nocivas) es muy pequeña y se dice entonces que el margen terapéutico es muy estrecho. Los heterósidos cardiotónicos son ejemplos de principios activos con un margen terapéutico muy estrecho.

El tamizaje general es conocido también como “screening hipocrático”. Este nombre se deriva del método clásico de observación y deducción, preconizado por Hipócrates. El screening hipocrático es una técnica observacional, cualitativa y semi-cuantitativa, en la cual se utilizan los resultados verificados como patrón de actividad. Se lleva a cabo utilizando ratones o ratas, se observan los animales que reciben la droga y los animales que sirven como control. Las vías de administración más comunes son la oral y la intraperitoneal. Las drogas deben de disolverse previamente o deben de estar en una suspensión en un vehículo acuoso. El uso de ácidos, de bases y de solventes orgánicos puede enmarcar la verdadera actividad biológica. Cuando esta en suspensión el material vegetal debe de reducirse, como mínimo a 200 mesh, para asegurar la exactitud de la dosis y la uniformidad de la respuesta, la observaciones se hacen cada 30 minutos, así como a las 1, 2, 3, 4 y 24 horas después de la administración de la droga. Se observa:

147

• • • • • •

El estado conciente y la disposición. La actividad y la incoordinación del sistema motor. El tono muscular. Los reflejos. La actividad sobre el sistema nervioso central. La actividad sobre el sistema nervioso autónomo.

Los resultados son registrados en hojas individuales de prueba. Cuando la anotación normal es 0 (ausencia), la intensidad de los síntomas observados varia de 0 a 4. Cuando la anotación normal es de 4, la intensidad de los síntomas observados varia de 4 a 0 (disminución) y de 4 a 8 (aumento). 6.1.3.1. Estudios de toxicidad: Los estudios toxicológicos ofrecen a los investigadores información sobre la dosis a partir de las cuales los efectos tóxicos comienzan a aparecer. Es imprescindible establecer los efectos tóxicos de las drogas y sus principios activos y para ello se realizan estudios de toxicidad aguda, toxicidad subaguda, y toxicidad crónica sobre animales de experimentación. Se debe de realizar como mínimo en dos especies animales y una de ellas no debe de ser roedores. •

•

•

Toxicidad aguda: Son ensayos que se realizan a corto plazo de forma prácticamente inmediata, generalmente por la administración de una dosis a animales de experimentación. Se puede determinar el parámetro dosis letal 50 (DL50), que es la cantidad de droga o de principio activo necesaria para producir la muerte de la mitad de los animales de experimentación a los que se ha administrado la dosis. La determinación de la DL50 sirve como orientación para el cálculo de la Dosis Efectiva 50 (DE50). La diferencia entre las DL50 y la DE50 debe ser en lo mínimo, 1.5 a 2.0 veces. Toxicidad subaguda o subcrónica: Son ensayos que se realizan a medio plazo, generalmente a 30 días (un mes) pero también en muchos casos a 90 días. Se administran dosis terapéuticas y transcurrido el periodo de tiempo se evalúan los posibles casos de intoxicación. Toxicidad crónica: Son ensayos que se realizan a largo plazo, y el periodo de tiempo puede oscilar entre varios meses y 3 años (generalmente 1-2 años). Se administran dosis terapéuticas de forma continua. La principal finalidad es evaluar posibles efectos teratogénicos (capacidad para producir alteraciones en el feto), efectos carcinógenos (capacidad para desarrollar canceres) y efecto mutagénicos (capacidad para producir mutaciones).

Determinación de la DL50: El estudio consiste en la administración de dosis crecientes hasta que se obtenga: •

Un nivel de dosis que no mata ninguno de los animales tratados

148

• •

Tres niveles ascendentes de dosis entre las cuales mueren 10% y 90% de los animales y Una ultima dosis que mata el 100% de los animales tratados

La DL50 es obtenida por regresión lineal y puede definirse como el nivel de dosis en la cual mueren el 50% de los animales tratados. Los animales recomendados para esta prueba son ratones albinos, de ambos sexos, en número nunca inferior a 10/sexo/dosis. Las vías de administración, en este caso, son la oral, la intraperitoneal y la subcutánea. 6.1.4. Tamizaje fitoquímico: El tamizaje fitoquímico o screening fitoquímico es una de las etapas intermedias de la investigación fitoquímica, que permite determinar cualitativamente los principales grupos químicos presentes en una planta y a partir de allí, orientar la extracción y/o fraccionamiento de los extractos para el aislamiento de los grupos de mayor interés (5). El tamizaje fitoquímico consiste en la extracción de la planta con solventes apropiados y la aplicación de reacciones de color y precipitación. Debe de permitir la evaluación rápida, con reacciones sensibles, reproducibles y de bajo costo. Los resultados del tamizaje fitoquímico constituyen únicamente una orientación y debe de interpretarse en conjunto con los resultados del screening farmacológico. Así cuando una planta revela acción sobre el sistema nervioso central durante el tamizaje farmacológico y presencia de alcaloides en el tamizaje fitoquímico, es bastante probable que la acción farmacológica se deba a la fracción alcaloidal. De la misma manera, el hecho de evidenciarse acción anti-inflamatoria en el tamizaje farmacológico y la presencia de flavonoides en el tamizaje fitoquímico, puede dar lugar a procesos de aislamiento y sometimiento a pruebas más especificas de estos compuestos. Efectos catárticos pueden ser asociados a las antraquinonas. La presencia de glucósidos cianogénicos durante la marcha fitoquímica puede dar lugar a la descartación de la planta por su alta toxicidad. La confirmación de la actividad farmacológica o antimicrobiana justifica la continuación de los estudios. El screening fitoquímico proporciona datos preeliminares sobre los constituyentes químicos de la planta que, junto con los resultados del tamizaje farmacológico, pueden orientar la continuación de los estudios. Diversos métodos de tamizaje fitoquímico están descritos en la literatura. Algunos evalúan pocos grupos de sustancias, en compensación, otros evalúan la presencia de compuestos de poco interés, como ácidos grasos, azucares reductores, polisacáridos y mucílagos. La cantidad de material vegetal para realizar las pruebas varia de 5 g a 200 g. Decisión 2. Presenta metabolitos potencialmente activos y tóxicos?. Interviene un farmacólogo y un farmacognosta. 6.1.5. Evaluación farmacológica clásica; determinación de la actividad propuesta: En esta sección de la investigación, se corrobora o identifica la acción farmacológica principal de la planta bajo estudio. Cuando se realiza la investigación farmacológica de una droga y sus principios activos, se deben de determinar las acciones principales y los efectos

149

secundarios que pueden ser deseables o indeseables. A continuación se indican ejemplos de efectos principales y secundarios de ciertos principios activos. Principio activo Codeína

Efecto principal

Efecto secundario

Antitusivo

Digitoxina Emetina Quinina

Cardiotónico Emético, expectorante Antipalúdico

Sedante (indeseable), antidiarreico (uso terapéutico). Diurético. Alteraciones cardiacas (indeseable) Sordera (indeseable).

Se debe de considerar además si existen trabajos previos, el empleo de modelos farmacológicos validados, además de controles positivos (sacrificio de especimenes, blancos, etc.), el uso de un rango de dosis amplio y la aplicación de buenas prácticas de laboratorio y principios éticos para el trabajo con los reactivos biológicos. Además de principios activos, la droga puede contener sustancias coadyuvantes y sustancias antagónicas. 6.1.5.1. Sustancias coadyuvantes: Son sustancias que refuerzan (sinergia) o modulan la acción farmacológica de los principios activos. Por ejemplo, el te contiene cafeína (base xántica) que tiene un efecto estimulante en el sistema nervioso central y también contiene taninos que modulan la actividad de la cafeína produciendo un efecto mas suave pero mas duradero. 6.1.5.2. Sustancias antagonistas: Forman parte de la droga pero presentan efectos farmacológicos contrarios a los principios activos. Por ejemplo, el ruibarbo contiene heterósidos antracénicos con acción laxante (principios activos) y además contiene taninos que son astringentes y antidiarreicos. Si se usan de forma prolongada se produce un estreñimiento debido a los taninos. No obstante utilizar la droga entera (heterósidos antracénicos y taninos) tiene sus ventajas, ya que el efecto laxante es mas bajo. Generalmente no tiene el mismo efecto administrar los principios activos aisladamente que administrar la droga entera, debido a la presencia de coadyuvantes y de antagonistas. En ocasiones resulta mas beneficioso administrar la droga entera, pero en otras, es preciso aislar los principios activos para controlar mejor su administración y dosificación y con ello, sus acciones farmacológicas. Los científicos investigan las plantas medicinales con miras a encontrar una entidad química responsable de los efectos farmacológicos, pero esto puede permitir resultados inconclusos. Si se requiere una combinación de sustancias para un efecto determinado, entonces el bio-ensayo de investigación mostrará la reducción de la actividad, primero en una fracción y eventualmente para un compuesto. Esto permitirá la sugerencia que una planta utilizada ampliamente, es de hecho carente de actividad. Igualmente, se ha reportado

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la evidencia de la interacción entre diferentes plantas, por medio de una formulación activa clínicamente de plantas medicinales chinas, utilizadas para tratar el eczema. Sin embargo, durante la investigación fitoquímica y farmacológica, la actividad estuvo ausente durante el procedimiento de fraccionamiento. Así, se podría tener en cuenta la posibilidad de una acción polivalente y un proceso de sinergismo. Hay otras razones para el no fraccionamiento en un extracto vegetal, estos pueden ser resumidos de la siguiente forma: •

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Constituyentes inestables: Algunas veces la presencia de todo el material vegetal, el cual puede contener por ejemplo, antioxidantes, puede proteger los constituyentes activos de descomposición. Los ejemplos incluyen a valeriana (Valeriana spp.), al ajo (Allium sativum), al jengibre (Zingiber officinalis) y al lúpulo (Humulus lupulus). Constituyentes activos desconocidos: Los principios activos pueden no haber sido completamente identificados, los ejemplos incluyen la flor de la pasión (Pasiflora incarnata), la hoja de la frambuesa (Rubus idaeus), y muchas otras. Un amplio rango de compuestos activos: Los ejemplos incluyen equinacea (Echinacea purpurea), la alcachofa (Cynara scolymus), la hierba de San Juan (Hypericum perforatum), locorice (Glycyrrhiza glabra) y muchos otros.

6.1.6. Estabilizar la actividad del extracto activo: Se requiere de la estandarización de los extractos vegetales y garantizar la estabilidad de los mismos. El concepto de estandarización es relativamente reciente, sin embargo, se esta convirtiendo rápidamente en un parámetro esencial para asegurar que los pacientes están recibiendo productos fitoterapéuticos de alta calidad. La estandarización de extractos vegetales puede ser definida como el establecimiento de la calidad farmacéutica reproducible por medio de la comparación de un producto con sustancias de referencias establecidas y definiendo las cantidades mínimas de uno o varios componentes o de un grupo de compuestos. Con ello, se persigue garantizar la potencia del componente activos en el producto final. Usualmente es expresado como un porcentaje del peso total del extracto y permite la exactitud de la dosis, basada en la cantidad estándar suministrada de componentes activos. En el campo de los fitoterapéuticos, la estandarización solo aplica a los extractos. En el caso de drogas conteniendo aceites esenciales, por ejemplo, una mínima cantidad de aceite esencial o los componentes individuales determinados por un método universal aceptado, pueden ser requeridos para el suministro de un producto de alta calidad. Porque es necesario e importante la estandarización? Hay varias razones para utilizar extractos bien establecidos, entre ellas: •

Productos reproducibles y generalmente de una alta calidad. La estandarización puede requerir que la cantidad de material indeseado en el extracto pueda no exceder un cierto límite, mientras que los ingredientes activos tendrán que estar por encima de una concentración mínima.

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Siempre y cuado el producto este registrado, este se convertirá en un fitoterapéutico que podría cumplir con los estándares básicos requeridos para todos los medicamentos. Sólo los extractos estandarizados pueden ser sometidos a ensayos clínicos para probar científicamente sus efectos. La estandarización permite la comparación de la efectividad clínica, los efectos farmacológicos, y los efectos adversos de una serie de productos (por ejemplo, contra placebo). Tales productos ofrecen al paciente mayor seguridad (objetiva y subjetiva) y así se incrementa el nivel de confianza en los productos fitoterapéuticos. Al tratarse de principios activos, es esencial que la dosis ingerida sea invariable en cada unidad de producto, para evitar riesgos de ineficacia del preparado (por defecto) o efectos adversos (por exceso). La estandarización es una tarea clave, la cual puede ser desarrollada por un farmacéutico.

Otro medio de indicar la calidad de la droga vegetal es el término "droga vegetal:radio del extracto". Este es calculado dividiendo la cantidad utilizada del material vegetal seco por la cantidad del solvente usado para elaborar el extracto. Sin embargo, el radio no provee información con respecto a la calidad del material vegetal u otros parámetros que influyen en el resultado de la extracción. En casos donde el compuesto o los compuestos responsables de la actividad farmacológica no se hayan identificado claramente, un material vegetal puede ser concentrado para contener un grado más alto de compuestos de la planta en un volumen más pequeño. Por consiguiente, con una concentración 50:1 del material vegetal inicial, se tendría 50 mg por ejemplo, de extracto que tendría una composición equivalente y efectividad a 2.5 g del material de la planta inicial. Sin embargo, cuando se ha identificado el compuesto responsable de la actividad, se puede concentrar y estandarizar de tal forma que posea un porcentaje óptimo del compuesto específico. 6.1.7. Estudios preclínicos: Donde se determinan las dosis, efectos, potencia o actividad relativa, índice terapéutico o margen de seguridad, comparación con la terapéutica existente. 6.1.8. Difusión de los resultados: Las colaboraciones entre los etnobotánicos y etnofarmacólogos pueden ser fundamentales en la provisión de información a las comunidades locales sobre cuestiones relativas a la toxicología, los efectos secundarios, la dosis y la normalización de sus preparaciones tradicionales a base de plantas. Este tipo de información puede ser devuelto a las comunidades en forma de talleres, publicaciones, y/o vídeos locales (por ejemplo: http://youtu.be/F3sC4F8F_II; http://youtu.be/d1tr96vnPwo; http://youtu.be/mbIacEL_OK4) (Vandebroek, 2013). Consideraciones finales: •

Ampliar la revisión bibliográfica para determinar extensión y profundidad del tamizaje y brindar valiosa información al farmacólogo.

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• • •

La existencia de compuestos potencialmente tóxicos puede detener el estudio o no en caso de comprobarse la toxicidad. En medicina tradicional los preparados son acuosos. El uso de otros solventes puede enmascarar o disminuir la actividad. Los preparados deben de ser etanólicos o acuosos Preparar los extractos en una forma similar a la forma de uso tradicional, infusión, percolación, maceración, etc. Realizar los procedimientos y ensayos con cantidades parciales del material vegetal para permitir comparación de objetivos (realizar por duplicado). Debe de repetirse con diferentes ejemplares de la misma especie procedentes de distintas localidades.

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7. CONTROL DE CALIDAD DE PLANTAS MEDICINALES 7.1. Descripciones farmacopeicas: Las farmacopeas son códigos oficiales u oficialmente adoptados en donde son descritos los patrones de calidad de los medicamentos o de las materias primas de interés farmacéutico, así como los métodos para su análisis. La preocupación por la calidad de los medicamentos y por el establecimiento de normas o patrones para la fabricación no es reciente; aparece en los escritos del emperador chino Sheang Honh aproximadamente en el año 2500 A.C. y en el código de Hamurabi (año 2000 A.C). En Occidente, los primeros manuales datan de la Edad Media. Considerando que la mayor fuente de medicamentos era representada por la flora local y nativa, estos primeros compendios tenían un carácter regional, lo cual no implicaba que algunos de ellos fuesen oficializados por las universidades, ciudades y hasta países. Así, el formulario de Nicolau de Salermo, de 1280, fue adoptado en 1323 como código farmacéutico de la Universidad de Paris y la Farmacopea de Velerius CORDES fue adoptada como código oficial de la ciudad de Nuremberg. Estos códigos farmacéuticos sirvieron de base para la mayor parte de las farmacopeas adoptadas en las ciudades europeas durante los siglos XVII y XVIII. Las farmacopeas nacionales y aquellas que fueron adoptadas surgieron a finales del siglo XVIII (la portuguesa en 1794, la danesa en 1772, la rusa en 1778). Durante el siglo XIX todas las farmacopeas regionales fueron sustituidas por códigos farmacéuticos nacionales de obligatoria adopción. Aunque las disposiciones legales que rigen la aplicación de las normas farmacopeicas difieren de país a país, el objetivo final en todos los casos es el mismo, hacer que el producto ofrecido como sustancia medicamentosa, satisfaga un patrón de calidad enmarcado en las exigencias de la monografía cuando sea sometido a un análisis, utilizando para ello los métodos preconizados por la farmacopea. Un método de análisis prescrito en la farmacopea no necesariamente es el único o el más avanzado desde el punto de vista científico. Pero es el método oficial en el cual se van a fundamentar las decisiones en los casos de duda o de litigio. En la escogencia de un método de análisis, la monografía debe de ser considerada como un todo, capaz de garantizar la calidad adecuada del producto. Ahora bien, considerando la creciente participación de las plantas medicinales y de los medicamentos de origen vegetal en el arsenal terapéutico, se hace más necesario efectuar el control de calidad a través de técnicas modernas eficientes. Las plantas medicinales que constituyen la materia prima para la elaboración de productos fitoterapéuticos poseen variaciones en el contenido de sus principios activos y pueden sufrir deterioro y contaminaciones. Por esta razón, el control de calidad de las materias primas vegetales es de particular importancia, y las monografías farmacopeicas de cada especie medicinal procuran el abordaje de este control, al menos en aquellos casos en donde son disponibles. 7.2. Problemas relacionados con la calidad de las plantas medicinales

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Los principales problemas detectados en el control de calidad de la materia prima vegetal se relacionan a continuación: 7.2.1. La droga utilizada no esta descrita en la farmacopea y puede presentarse una sustitución, una falsificación o una sofisticación En realidad, se trata de adulteraciones de la materia prima vegetal, en mayor o menor grado. Las sustituciones son frecuentemente justificadas debido a la dificultad de obtener la especie farmacopeica. Por ejemplo, la especie Mikania glomerata (guaco), de comprobada acción anti-tusígena, ha sido sustituida por otras especies del genero Mikania, botánicamente próximas, aunque sin comprobación de su acción farmacológica. Existe otro tipo de sustitución que es realizado por mayoristas y fabricantes sin escrúpulos y consiste en la utilización de plantas de menor valor económico y en la mayoría de las veces, de acción farmacológica no comprobada. Ejemplo de esto, es la sustitución frecuente del ginseng (Panax ginseng) por especies del genero Pfaffia (Pfaffia paniculada, Pfaffia glomerata o Pfaffia iresinoides). En un análisis de 15 muestras de diferentes productos comerciales adquiridos en el mercado farmacéutico y rotulados como ginseng, solamente dos hacían referencia a Panax ginseng, otros dos estaban relacionados con especies del género Pfaffia y los 11 restantes eran adulteraciones con otros productos. Las falsificaciones son burdas adulteraciones y en general ocurren durante la recolección de las platas nativas, en donde los recolectores por ignorancia o por mala fe, mezclan la especie medicinal con otras de características morfológicamente semejantes. Las sofisticaciones pueden ser de dificil detección y se presentan principalmente en extractos y tinturas, incluso drogas extraídas exhaustivamente pueden ser también objeto de una sofisticación. Esta práctica consiste en adicionar a la droga extraída exhaustivamente, o a los extractos y tinturas de bajo contenido de principios activos, sustancias naturales aisladas o sustancias sintéticas de estructura semejante a los principios activos que estén contenidos originalmente en la planta. Se han encontrado extractos de guaraná (Paulina cupana) adicionados de cafeína sintética, drogas que contienen principios activos antraquinónicos adicionados de antrona sintética y extractos de belladona (Atropa belladona) adicionados de alcaloides secundarios del género Duboisia. Igualmente se tienen evidencias de que a extractos secos de algunas plantas se les adiciona vitamina C sintética, para compensar las pérdidas de esta última en el proceso de secado. 7.2.2. La parte de la planta no corresponde a la prescrita Los principios activos no se distribuyen uniformemente por toda la planta si no que se localizan preferencialmente en algunas partes y órganos, la utilización de la partes de la planta que no corresponden a la descripción farmacopeica, da como resultado una materia prima pobre en sustancias activas e incluso desprovistas de ellas. 7.2.3. La cantidad de sustancias extrañas es mayor a la permitida:

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La definición farmacopeica de sustancias extrañas comprende: plantas diferentes de la descrita, partes de la misma planta diferentes de la parte descrita y otras materias extrañas. Algunas veces la monografía farmacopeica establece un limite para partes de la planta diferentes de la prescrita, como por ejemplo en el caso de la manzanilla (Matricaria chamomilla), en donde le porcentaje de tallos no puede ser superior al 5% del total de la droga. Los tallos están prácticamente desprovistos de aceite esencial, uno de los parámetros cuya determinación es exigida por la farmacopea e incluso, dan a las infusiones de la planta un sabor astringente debido a la presencia de taninos. 7.2.4. El contenido de cenizas es superior al permitido La ceniza resultante de la incineración del material vegetal puede ser fisiológica y no fisiológica. Se denomina ceniza fisiológica aquella derivada de los componentes minerales de la propia planta. La que se deriva de materia extraña, principalmente tierra y arena que se adhieren a la superficie de la droga se denomina ceniza no fisiológica. Un contenido de cenizas superior al permitido, indica generalmente un procedimiento de recolección y almacenamiento inadecuado. 7.2.5. El contenido de componentes activos no corresponde al prescrito El contenido de componentes activos por debajo del prescrito indica baja calidad de la materia prima vegetal. Cuando se trata de la utilización de la droga vegetal para el aislamiento de sustancias naturales puras, el problema se reduce a un rendimiento menor y eventualmente, a dificultades adicionales durante el proceso de aislamiento, en función de la naturaleza y el contenido más elevado de componentes secundarios. Cuando la materia prima vegetal se deriva a la preparación de extractos, tinturas y/o preparaciones fitoterapéuticas, el problema asume una mayor gravedad, puesto que la proporción entre los componentes activos e inactivos esta alterada. 7.2.6. Contaminación microbiológica La contaminación microbiológica del material vegetal envuelve serios riesgos para los usuarios de drogas vegetales, debido a que pueden abarcar la contaminación por gérmenes patógenos, la producción de endotoxinas bacterianas y micotoxinas y transformaciones microbianas de los constituyentes botánicos en compuestos tóxicos. 7.2.7. Contenido de pesticidas y contenido de metales pesados superior al permitido El aumento de la contaminación ambiental debido a los metales tóxicos y el uso debido de pesticidas, e inclusive en los cultivos de plantas medicinales, ha ocasionado un aumento del número de muestras que presentan residuos de pesticidas y contenidos de metales pesados superiores a los límites admitidos. El riesgo para el consumidor es mayor cuando se trata de materia prima para la obtención de extractos o productos fitoterapéuticos, que sufren un número limitado de etapas de procesamiento. Este riesgo disminuye cuando se trata del aislamiento de productos naturales puros, objeto de muchas etapas durante las cuales los

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componentes tóxicos son eliminados casi en su totalidad. Los ensayos limitantes para metales pesados están descritos es todas las farmacopeas y los ensayos para pesticidas todavía no figuran, con excepción de la Farmacopea de la extinta Republica Democrática Alemana. La Organización Mundial de la Salud recomienda aplicar a las plantas medicinales las normas en vigor para los alimentos. 7.3. Normas para una monografía farmacopeica Para solucionar los problemas arriba mencionados y asegurar la calidad de materias primas vegetales, la OMS recomienda incluir en las especificaciones farmacopeicas para el material vegetal: • • • • • • • • • • •

El nombre botánico con referencia de los autores. Especificaciones de las partes usadas. Descripción morfológica, macro y microscópica. Determinación de cenizas totales o cenizas sulfatadas (residuo de la incineración) y de cenizas insolubles en ácido. Determinación de las sustancias que van a ser extraídas de la planta. Determinación de la humedad y pérdida por secado. Determinación de aceites esenciales. Identificación por cromatografía en capa fina. Determinación cuantitativa de los principios activos. Ensayo limite para los metales pesados. Determinación de los residuos de pesticidas.

7.3.1. Nombre botánico La identificación y determinación taxonómica es indispensable para caracterizar la especie vegetal. Esta identificación no puede ser realizada a través de nombres populares porque la misma especie puede tener diferentes nombres populares y especies diferentes pueden ser designadas por el mismo nombre popular. La determinación taxonómica de la planta es dada por su nombre científico. El nombre científico es siempre un binomio en latín, el primer término identifica el género y el segundo la especie. El binomio latino es seguido del nombre del autor de la descripción botánica, generalmente abreviado. Finalmente, la identificación se completa con el nombre de la familia botánica a la cual pertenece la planta. 7.3.2. Especificación de la parte usada La droga vegetal, o sea la parte usada de la planta, debe ser especificada, como por ejemplo, inflorescencias, hojas, raíces, semillas, leño. La especificación se describe en el idioma nativo y en latín. La Farmacopea Europea adopta como titulo de la monografía el nombre de la droga en latín y como subtitulo el nombre en ingles (o en francés conforme a la edición). La Farmacopea Brasilera adopta como titulo el nombre popular de la planta y

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como subtitulo, la especificación de la parte usada en latín. Ambas farmacopeas completan la identificación con el nombre botánico de la planta y las especificaciones relacionadas con el contenido de los principios activos. La Farmacopea Europea incluye el nombre científico de la planta en la descripción de la droga, en tanto que la Farmacopea Brasileña, lo destaca antes de la descripción, ver tabla 5. 7.3.3. Descripción morfológicas macro y microscópica La monografía de una planta vegetal describe las características microscópicas, macroscópicas y organolépticas. Las características descritas deben ser comparadas con las de la muestra, como primer paso para establecer su identidad y pureza. Siempre que sea posible, deben utilizarse muestras autenticas de la droga como muestras de referencia. Las características organolépticas (olor y sabor) frecuentemente constituyen una indicación práctica para establecer la identidad y la pureza de la droga. Si el olor y el sabor de la droga son diferentes del descrito, la droga será considerada fuera de la especificación. Existen drogas de color blanco acacia y tragacanto, amarillo claro como la liquorice, ginger y quassia, castaño claro como la ipecacuana, la genciana, la cáscara, cardamomo, el opio, el hinojo, aloe, entre otros, castaño canela como la canela y el catecú, castaño oscuro como el clavo y el aloe de curazao, castaño rojizo oscuro como la nuez moscada, violeta como el ergot, rojo como la cinchona, anaranjado como el ruibarbo, verde pálido como la lobelia y verde como la belladona, estramonium, sen y digitalis. En relación al olor, los siguientes son particularmente característicos, el ginger, el hinojo, la genciana, el opio, el cardamomo, la canela, el clavo y la nuez moscada. En relación al sabor y en especial en drogas en polvo debe de ser con mucho cuidado. Adulteraciones o drogas estropeadas pueden ser peligrosas, otras tales como el capsicum demasiado picantes al sabor y existen drogas conteniendo alcaloides que pueden ser venenosas. De sabor aromático pueden ser el cardamomo, la canela, el clavo, la nuez moscada, de sabor aromático y picante el ginger, de sabor amargo la genciana, el aloe, la cinchona, la rauwolfia. Las características macroscópicas comprenden la forma, el tamaño, el color, la textura, los aspectos de fractura y características de la superficie cortada. Estas características son útiles para determinar la identidad y la pureza de la droga examinada. Sin embargo, como la determinación de las características macroscópicas y organolépticas es bastante subjetiva, deben de realizarse comparaciones con muestra autenticas para evitar dudas. En el caso de drogas completas las características macroscópicas y sensoriales son usualmente suficientes para inhabilitar la droga para ser identificada. La apariencia general de la muestra podría indicar si es probable que cumpla con los estándares de porcentaje de semillas en colocynth, de cenizas en valeriana o de materia insoluble en alcohol en asafoetida. Sin embargo, las drogas pueden cumplir con las descripciones dadas en las farmacopeas y ser insatisfactorias, esto es a menudo debido a dificultades específicas para describir el deterioro de drogas debido a la edad. Si hojas y estructuras similares son empacadas antes de estar correctamente secadas, mucho material descolorado puede ser hallado en la mitad del embalaje. El sobre-secado, por otro lado, hace de las hojas muy

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quebradizas y causa en ellas rompimiento durante el transporte. Si drogas que contienen almidón se rompen en forma de fractura, puede ser inferido que la temperatura de secado fue demasiado alta y que el almidón ha sido gelatinizado. Un color pálido en el caso de camomilas indica que la droga ha sido colectada en tiempo seco y cuidadosamente secada, mientras el color en la superficie fracturada de genciana es una buena indicación y ha sido correctamente fermentada. Algunas drogas son particularmente tendientes al deterioro si, durante el almacenamiento o embarque, se humedecen (ej. cáscara sagrada). El precio de ciertas drogas depende enormemente de factores tales como el tamaño y el color, los cuales no necesariamente están relacionados con el valor terapéutico. Esto aplica a importantes drogas como hojas y vainas de sen, flores de manzanilla, ginger, nuez moscada y ruibarbo. Tabla 5. Comparación de la Farmacopea Europea y Brasileña. Farmacopea Europea

Farmacopea Brasileña

Título

MATRICARRIAE FLOS

CAMOMILA

Subtítulo

Matricaria Flowers

Matricaria e flos

Identificación botánica Descripción

Matricaria recutita ASTERACEAE Las flores de manzanilla consisten La droga esta constituida por las de las inflorescencias de Matricaria inflorescencias secas, con contenido recutita (Camomila recutita). de aceite esencial no menor de 0.4%. Contiene no menos de 0.4% v/p de aceite esencial de color azul.

El análisis microscópico es indispensable cuando se trata de drogas pulverizadas. Este análisis ayuda a la identificación de la droga y puede ser fundamental cuando se quiere determinar adulterantes y material de pobre calidad. Modificaciones a la estructura básica de una célula vegetal viva la cual involucra la composición de la pared celular, la forma celular y el contenido celular, son determinados en varios tejidos vegetales y reacomodando estas características microscópicas, son importantes en la identificación y en la detección de adulteraciones. Las estructuras celulares a observar en un análisis de drogas pueden ser la pared celular, los tejidos parenquimatosos, la epidermis, los tricomas epidérmicos, la endodermis, el colenquima, las esclereidas, las fibras, el xilema, el floema y los tejidos secretorios. Además, también es importante determinar el contenido celular ergástico. El contenido celular importante en farmacognosia son aquellos que pueden ser identificados en drogas vegetales por examinación microscópica o por ensayos físicos y químicos. Este contenido celular representa productos de almacenamiento de alimentos o subproductos del metabolismo e incluye carbohidratos, proteínas, aceites fijos y grasas, alcaloides y purinas,

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glicósidos, aceites volátiles, gomas y mucílagos, resinas, taninos, oxalato de calcio y silica, siendo no vivientes, se conocen con el nombre de esgásticos. Las características microscópicas de muchas drogas son descritas, pero para realizare las técnicas microscópicas se requiere una considerable habilidad, años de experiencia son necesarios para adquirir un buen conocimiento de la microscopia de drogas, alimentos y otros materiales vegetales. Es necesario aprender como usar un microscopio y entender el propósito de los diferentes reactivos usados en la examinación de drogas crudas. Las estructuras celulares son frecuentemente oscurecidas por la abundancia del contenido celular, la presencia de material colorado y el colapso de las paredes celulares. De esta forma, se requiere de la utilización de ciertos reactivos para remover el contenido celular, blanqueando y restaurando tanto como sea posible la forma celular de la pared celular. Si la examinación microscópica desde la sección montada en el agente clarificante, el índice refractivo del último es importante. Puede ser aconsejable lavar la sección y montar en un medio diferente. Los reactivos comúnmente usados son glicerina, alcohol, ácido carbólico, lactofenol, aceite de clavo y bálsamo de Canadá, todos tienen algo de efecto aclarador. Los siguientes aclaradores y blanqueadores son particularmente útiles: Solución de hidrato de cloral: Este disuelve almidones, proteínas, clorofilas, resinas y aceites volátiles y causa la expansión celular, puede ser usado no solamente para montar secciones sino también para hojas, flores y granos de polen enteros. Este no disuelve el oxalato de calcio y es un buen reactivo para la detección de tales cristales. Otros reactivos son solución de potasio, éter-etanol, solución de hipoclorito de sodio, entre otros. Examinación de almidones: Inicialmente se monta en agua y se examina la presencia de cualquier granulo y se prueba si es de almidón con la adición de agua yodada. No se debe de gastar tiempo en intentar observar otras estructuras mejor vistas con otros reactivos. Examinación de tricomas epidérmicos y oxalato de calcio: Se debe de montar en una solución de hidrato de cloral, calentar suavemente hasta evaporación y examinar, para asegurarse del oxalato de calcio, si esta presente en pequeñas cantidades, se puede utilizar luz polarizada para no pasarlo por alto. Examinación de lignina: Mezclar el polvo con una solución de floroglucinol y permitir la tinción casi hasta secamiento, adicionar HCL concentrado y examinar. Notar la presencia o ausencia de vasos lignificados, fibras, parenquima, esclereidas o pelos, por la coloración de estructuras rojas. Para garantizar la identificación de la droga, el análisis microscópico debe ser complementado con el análisis químico y fisicoquímico. 7.3.4. Porcentaje de materia extraña La dificultad de obtener drogas vegetales en una condición enteramente pura es totalmente reconocida, y las farmacopeas contienen estamentos para el porcentaje de otras partes de la

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planta o de materia orgánica que puede ser permitida. La siguiente tabla da varios ejemplos de límites oficiales aplicables a drogas específicas (Tabla 6). Las drogas contienen apreciable cantidad de materia extraña, excretos de animales, insectos u hongos, sin embargo, el porcentaje de tales sustancias puede ser insuficiente par causar el rechazo de la droga en el ensayo de porcentaje de materia extraña. En el caso de drogas completas una cantidad pesada (100-500 g, acorde con el tipo de droga) de una muestra tomada cuidadosamente es esparcida en forma de capa fina en un papel. Esta es examinada a una magnificación de X6 y la materia extraña es sacada y pesada para calcular su porcentaje. Detalles podrían ser hallados en la BP 2003, apéndice XID. Tabla 6. Ejemplos de límites de materia extraña en la BP 2003 Droga Hojas Hojas de Belladona Hojas de Boldo Inflorescencias Flores de Caléndula Flores de Manzanilla Rizomas y Raíces Raíz de Valeriana Rizoma y Raíz de Ruibarbo Corteza Corteza de la Cáscara

Limite de Materia Extraña > 3% de tallos de diámetro superior a 5 mm > 4% de ramas, > 2% de otra materia extraña > 5% de brácteas, > 2% de otra materia extraña Cantidad de materia extraña inferior al 2% p/p > 5% base de tallos, > 2% de otra materia extraña Cantidad de materia extraña inferior al 2% p/p. > 1% de otra materia extraña

7.3.5. Determinación de Cenizas Debe efectuarse la determinación de cenizas totales, cenizas sulfatadas, llamadas también de residuo de ignición y cenizas insolubles en ácido clorhídrico. El proceso de determinación de cenizas totales envuelve el análisis de las cenizas fisiológicas, así como el de las no fisiológicas. El proceso consiste en determinar la cantidad de residuo no volátil después de la calcinación de la droga. Las cenizas sulfatadas están representadas por el residuo, producto de la calcinación con ácido sulfúrico concentrado. Los metales presentes en la droga son convertidos en sulfatos y como estos son más estables al calor, permiten obtener resultados más precisos en relación con los que son obtenidos por la simple calcinación. Las cenizas insolubles en ácido están constituidas por el residuo obtenido después de hervir el residuo obtenido en la determinación de las cenizas totales o las cenizas sulfatadas, con ácido clorhídrico diluido, filtrar y calcinar el residuo. Este procedimiento permite determinar el contenido de silica, principalmente la arena y la tierra silícea presente en la droga. Cuando las drogas vegetales son incineradas, ellas dejan una ceniza inorgánica, la cual en el caso de muchas drogas (ej. ruibarbo) varia con un amplio limite y es así como es un pequeño valor para propósitos de evaluación. En otros casos, la figura de cenizas totales es

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de extrema importancia e indica el extenso cuidado tomado durante la preparación de la droga. En la determinación del valor de cenizas totales el carbón debe de ser removido a la menor temperatura posible (450oC) ya que los álcali cloruros pueden ser volatilizados a bajas temperaturas. Si el carbón todavía esta presente después de calentamiento a una moderada temperatura, las cenizas solubles en agua pueden ser separadas y el residuo es nuevamente incinerado tal como se describe en la BP, o el residuo puede ser diluido con la adición de alcohol y nuevamente incinerado. Las cenizas totales usualmente consisten en carbonatos, fosfatos, silicatos y silica. Para producir más consistencia con las cenizas, se usa una ceniza sulfatada, la cual involucra el tratamiento de la droga con ácido sulfúrico diluido después de la ignición. En este proceso todos los óxidos y carbonatos son convertidos a sulfatos y la ignición es llevada a cabo a altas temperaturas (600oC). Si las cenizas totales son tratadas con ácido clorhídrico diluido, el porcentaje de cenizas insolubles en ácido puede ser determinado. Este consiste usualmente en silica y un alto valor de cenizas insolubles en ácido tales como sen, clavo, valeriana y tragacanto, indica contaminación con material de tierra. Las hojas de sen, las cuales pueden ser usadas directamente como drogas en polvo, son requeridas por tener un bajo valor de cenizas insolubles en ácido (2.5%), hyoscyamus, sin embargo, se le permite un alto valor (12%), pues un porcentaje involucra contenido natural de silica. En el caso del ginger, un mínimo porcentaje de cenizas solubles en agua es requerido, ya que con este se puede detectar la presencia de ginger extraído. 7.3.6. Determinación de las sustancias extraíbles La determinación de sustancias extraíbles se realiza cuando no existen métodos para determinar los constituyentes activos de la droga por procesos químicos o fisicoquímicos. Generalmente se determina las sustancias extraíbles con agua, con etanol en varias diluciones y raramente con éter. El método se basa en la solubilidad de sustancias activas en un solvente dado y cuando estas no son conocidas, en la actividad farmacológica del extracto obtenido con el solvente. La determinación del extractivo soluble en agua o soluble en etanol es usado como un medio de evaluación de los constituyentes de la droga que no son estimados por otros medios. Pero como un ensayo conveniente se convierte en disponible (por ejemplo con las drogas que contienen antraquinonas) las pruebas extractivas no son requeridas como estándares farmacopeicos. En ciertos casos la extracción de la droga es por maceración, en otros por un proceso de extracción continua. Para los últimos, el extractor Soxhlet es particularmente útil y ha sido utilizado por muchos años, no solamente para la determinación de extractivos (ejemplo, aceites fijos en semillas) también en separaciones a pequeña escala. Un desarrollo de la técnica Soxhlet es mostrado en la figura de Aparatos de extracción continua Soxhlet, en este aparato la extracción es por calentamiento del solvente seguido por percolación, finalmente, la evaporación permite obtener el extracto y el solvente recogido esta listo para la siguiente muestra. 7.3.7. Determinación de humedad y pérdida por secado

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El exceso de agua en drogas vegetales es el responsable del crecimiento de bacterias y hongos y también de la hidrólisis de sus constituyentes. Las monografías de las farmacopeas limitan el contenido de agua, especialmente en las drogas que tiene la facilidad de absorberla, o en las drogas en las cuales el exceso de agua causa su deterioro. Con pocas excepciones, el contenido de agua en las drogas vegetales debe de variar entre 8 y 14%. No solamente es antieconómica la compra de drogas (ej, aloes, gelatina, gomas) que contienen exceso de agua, también es la unión de una temperatura conveniente con la humedad lo cual podría producir la activación de enzimas y dar las condiciones favorables para la proliferación de organismos. Las drogas vegetales contienen todos los requerimientos esenciales para hongos, bacterias e insectos, y la deterioro puede ser muy rápida una vez toma lugar la infestación. Un gran numero de métodos para la determinación de la humedad están ahora disponibles y muchos de ellos están siendo utilizados por industrias no relacionadas con la farmacéutica. El contenido de agua puede ser determinado por el método gravimétrico o perdida por secado y es utilizado por la EP, BP y la USP. Durante el proceso mediante el cual la droga se seca hasta un peso constante, el calentamiento causa perdida principalmente del contenido de agua, sin embargo pequeñas cantidades de sustancias volátiles puede contribuir a la perdida de peso. Para materiales como la digitalis, hojas de hamamelis, bayas, almidón, aloes y fibras, cuyo contenido de material volátil es pequeño, puede ser utilizado calentamiento directo hasta peso constante (100-105oC). El balance de la humedad combina el proceso de secado y el registro de pesos. Este método puede ser utilizado donde un gran número de muestras son manejadas y donde un continuo record de la perdida del peso con el tiempo es posible. Para materiales tales como bálsamos los cuales contiene una considerable proporción de materiales volátiles, el secado puede ser esparciendo la droga pesada en una capa fina sobre un plato de vidrio y colocándolo en un desecador con pentóxido de fósforo. Puede ser utilizado el secado al vacío sobre un absorbente, posiblemente a una temperatura especifica. Método Azeotrópico es utilizado en el caso de drogas con sustancias volátiles presentes. Métodos basados en destilación han sido ampliamente usados para la determinación de la humedad. La muestra a ser analizada en colocada en un frasco junto con un solvente disponible inmiscible en agua (tolueno, xileno, tetracloruro de carbono) y varias piezas de material poroso y posteriormente es destilado. El agua en la muestra presenta una presión parcial y co-destila con el solvente, el cual es condensado en el destilado como una capa inmiscible. Un simple aparato originalmente inventado por Dean and Stark permite la medición directa del agua obtenida y el solvente de densidad menor (tolueno, xileno) es continuamente retornado al frasco de destilación. El método es utilizado en la USP y en la BP y EP para algunas drogas que contienen drogas volátiles (flores de Chamomile romana y hojas de menta y salvia). Para acomodar la perdida de agua debida a la solubilidad en el solvente, la BP especifica una destilación preliminar del solvente con una cantidad de agua (alrededor de 2 ml); el volumen exacto del agua separado como una capa es leído y

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entonces la droga (suficiente para arrojar 2-3 ml adicionales) es adicionada al frasco. El agua separada desde la droga es calculada desde el volumen final combinado. Solventes más pesados que el agua requieren un recipiente especial para la determinación de humedad en drogas crudas. El método es aplicable a drogas crudas y materiales de alimentos pero presenta la desventaja de requerir de una relativa gran cantidad de muestra (5-10g). Métodos basados en cromatografía gaseosa presentan un incremento en la importancia para determinar la humedad por su especificidad y eficiencia. El agua en la muestra de polvo pesada puede ser extraída con metanol seco y una alícuota es sometida a cromatografía utilizando una columna adecuada. El agua separada por este medio es determinada desde el cromatograma. Otro método que puede ser empleado es el de Karl Fischer, el cual es el método químico más ampliamente utilizado para la determinación de agua. No solamente es utilizado en la industria farmacéutica, también en industrias de alimentos, químicas y petroquímicas. Es utilizado en la BP y es particularmente utilizado para drogas costosas y para químicos con bajo contenido de humedad. Extractos secos de drogas que contienen alcaloides, ácido algínico, alginatos y aceites fijos (ej. aceite de castor, aceite de oliva y el aceite de sesame para uso parenteral en la BP) pueden ser evaluados por este método. Para drogas crudas tales como digitalis e ipecacuana, el material en polvo puede primero ser extraído de agua con un solvente anhídrido (dioxano) y una alícuota se toma para la titulación. El método se basa en la reacción cuantitativa entre el agua y una solución anhidra de yodo y dióxido de azufre en piridina y metanol (reactivo de Karl Fischer). Generalmente, se adiciona un exceso del reactivo a la muestra, se espera el tiempo necesario para la reacción cuantitativa, y se titula el exceso con una solución patrón de agua en metanol. Esta técnica es especialmente recomendada para muestras que liberan lentamente su contenido en agua. El reactivo consiste de una solución de yodo, dióxido de azufre y piridina en metanol seco. Este es titulado contra una muestra que contiene agua, la cual causa una pérdida del color castaño oscuro. En el punto final donde el agua esta disponible, el color del reactivo persiste. La reacción básica es una reducción del yodo por el dióxido de azufre en la presencia de agua. La reacción se completa por la remoción del trióxido sulfuroso como trióxido sulfuroso piridina, el cual reacciona con el metanol para formar la sal metilsulfato de piridina. En la ausencia de metanol, el trióxido sulfato de piridina reacciona con otra molécula de agua. El reactivo requiere de la estandarización inmediata antes de ser utilizado y esto puede ser llevado a cabo utilizando una solución estándar de metanol en agua o por el uso de una sal hidratada, por ejemplo, tartrato de sodio. Para eliminar las interferencias desde la humedad del ambiente, la titulación es llevada a cabo bajo una atmósfera de nitrógeno y el punto final es determinado amperometricamente. En estos momentos se disponen de equipos completamente automatizados eliminando los aspectos manuales de manejo de muestras. Aunque el reactivo de Karl Fischer BP contiene piridina, últimamente esta ha sido remplazada por otras bases comerciales. La principal desventaja del método es la inestabilidad del reactivo y la posibilidad de que otras sustancias en la muestra, aparte del agua, puedan reaccionar con el reactivo.

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Otros métodos químicos para la determinación de humedad incluyen el tratamiento de la muestra con carbides, nitrides, e hidrides y midiendo el gas formado. La cromatografía gaseosa ha sido utilizada para el análisis del gas liberado. 7.3.8. Determinación de aceites esenciales Los aceites esenciales son constituyentes volátiles presentes en diversas plantas y se caracterizan por estar constituidos por mezclas de terpenos, sesquiterpenos y sus derivados oxigenados y a veces por compuestos aromáticos que se volatilizan a temperatura ambiente y tienen aspecto aceitoso. Los aceites esenciales generalmente contiene sustancias farmacologicamente activas. Los aceites esenciales o volátiles, como su nombre implica, son volátiles en vapor. Difieren enteramente en relación a las propiedades físicas y químicas con los aceites fijos. Los aceites esenciales son solubles en etanol, pero solamente una pequeña cantidad lo es en agua. Con excepción de aceites tales como el aceite amargo de almendras, el cual es producido por hidrólisis de glucósidos, los aceites están contenidos como tales en las plantas. Estos son mayoritariamente obtenidos por destilación por vapor del material vegetal y tienden a resinificarse en presencia del aire. Son secretados por células grasas en ductos de secreción, cavidades o pelos glandulares. Los aceites esenciales son generalmente mezclas de hidrocarburos y compuestos oxigenados derivados de los hidrocarburos. Contienen principios con olor consistentes en terpenos alcohólicos, aldehídos, cetonas y esteres (>90%) y / o derivados de fenil propanos. En algunos aceites (ej, aceite de turpentina), los hidrocarburos predominan y solamente pequeñas cantidades de compuestos oxigenados están presentes, en otros (ej, aceite de clavo), el volumen de los aceites consiste en compuestos oxigenados. El olor y sabor de los aceites volátiles es principalmente determinado por los constituyentes oxigenados. Muchos de los aceites son de origen terpenoide, un número pequeño de estos como los de la canela y el clavo contienen derivados aromáticos mezclados con los terpenos. Pocos compuestos (ej, timol y carvacrol), aunque aromáticos en estructura, son de origen terpenoide. Los aceites esenciales son frecuentemente asociados con otras sustancias tales como gomas, resinas y bálsamos. Los bálsamos son exudados obtenidos por incisión de tallos o troncos de plantas o árboles respectivamente. Estos son sólidos resinosos insolubles en agua o líquidos viscosos con olor aromático, sus constituyentes son 40-60% de esteres balsámicos. Las oleogomas resinas contienen resinas, gomas y 7-17% de aceites volátiles y son alrededor 50% solubles en agua. Estándares mínimos para el porcentaje de aceites volátiles presentes en un número de drogas son descritos en muchas farmacopeas. La destilación con vapor es llevada a cabo con aparatos de destilación modificados, y el primer aparato fue descrito por Meek y Salvin en 1937 y es todavía ampliamente utilizado en algunos laboratorios, el dispositivo para este aparato es muy similar al dispositivo para determinar la humedad (2). La droga pesada es colocada en un balón de destilación con agua o con una mezcla de agua y glicerina y

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conectado al receptor del aparato (lavado con ácido crómico), el cual es seguido por un condensador. En la destilación, el aceite y el agua son condensados y el aceite esencial es colectado en la porción graduada como una capa sobre la superficie del agua, entonces es medido. Para aceites con densidades relativas alrededor a mayores de 1.0, así como la de aceites esenciales que contienen eugenol, la separación del agua es asistida adicionando un volumen conocido de xyleno y la lectura corresponde a la mezcla aceite – xyleno. Alternativamente, para aceites con densidades relativas mayores que la del agua (aceite de clavo, 1.05), un aparato similar al mostrado en el número 1 de la gráfica puede ser utilizado, y no se requiere la adición de xyleno. La BP 1980 utiliza el aparato ilustrado en la figura 17), este difiere del anterior, el número 2, en que el destilado pasa a través de un condensador y este refrigera mejor que el tipo reflujo. La EP y BP 1993 utiliza un aparato similar al mostrado en el número 4. Aunque el principio de separación de los aceites esenciales es el mismo, los equipos para su determinación descritos en diferentes farmacopeas cambian en algunos detalles. En la figura 4 se observa el equipo para la determinación de aceites esenciales descritos en las Farmacopeas Europa y Brasileña.

1

2

3

4

Figura 17. Aparatos para la determinación de aceites esenciales El tiempo tomado para una completa destilación del aceite varia con la naturaleza de la droga y con su estado de pulverización, sin embargo, 4 horas es totalmente suficiente. La solución de aceites volátiles en aceites fijos (ejemplo, frutos en polvo de la familia Umbelliferae) puede retardar la destilación. Se debe de notar que los estándares farmacopeicos para el contenido de aceites volátiles de drogas en polvo son más bajos que los correspondientes para las drogas enteras. La cantidad de droga utilizada debe de ser suficiente para obtener un rendimiento de 0.1-0.3 ml del aceite esencial. Además se necesita de 10 a 50 g de peso de la muestra y 200 a 500 ml de agua, dependiendo de la naturaleza de la droga a ser examinada. Normalmente 1 ml de xyleno es adicionado antes de comenzar con el proceso de destilación. La rata de destilación ha de ser ajustada a 2-3

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ml/min. Para análisis cuantitativos, un valor de xyleno blanco ha de ser determinado en una destilación paralela con la ausencia de la droga vegetal. La tabla 6 muestra las condiciones para la determinación cuantitativa de aceites esenciales acorde a la farmacopea Alemana DAB 10. Para la investigación cuantitativa de un aceite esencial por TLC, el periodo de destilación puede ser reducido a 1 hora y puede ser desarrollado en la mayoría de los casos sin xyleno. El resultado del aceite es diluido es un tubo graduado con xyleno (1:9) y usado directamente para la investigación por TLC. Para análisis cualitativo se puede realizar una extracción con diclorometano (Extractos DCM): 1 gramo de polvo de droga es extraído por agitación por 15 minutos con 10 ml de diclorometano. La suspensión es filtrada y el filtrado evaporado hasta sequedad. El residuo es disuelto en 1 ml de tolueno y de 30-100 µl son usados para la TLC. 7.3.9. Identificación por cromatografía en capa fina La cromatografía en capa fina es un método simple, eficiente y que no necesita de un equipo sofisticado para su ejecución. Este método sirve para identificar las drogas vegetales, sus extractos y tinturas e igualmente para que en una formulación farmacéutica sea posible identificar la presencia de una droga o de sus extractos. Cuando los principios activos de una droga no son conocidos, la identificación de la droga puede ser realizada a través de la determinación de sustancias características de la planta en cuestión, aunque no tengan actividad farmacológica. Tabla 7. Condiciones para la determinación cuantitativa de aceites esenciales Droga

Hojas y flores de Artemisia absinthium Frutos de Pimpinella anisum. Frutos de Foeniculum vulgare. Flores de Matricaria recutita. Hojas de Melissa officinalis. Hojas de Mentha piperita. Hojas de Salvia officinalis. Hojas de Thymus vulgaris.

Contenido de aceite esencial (ml/100g) 0.3

Peso de la muestra (g)

Agua (ml)

Tiempo (hr)

Rata (ml/min)

50

300

3.0

2-3

2.0 4.0 0.4 0.5 1.2 1.5 1.2

25 10 50 40 50 50 20

200 200 500 400 500 500 300

2.0 2.0 4.0 2.0 2.0 1.5 2.0

2-3 2-3 3-4 2-3 3-3.5 2-3 2-3

Estas sustancias denominadas marcadores (o marcadores positivos), son seleccionadas entre los compuestos característicos de la planta. El uso de ellas debe limitarse solamente a la identificación del material vegetal, de los extractos y de las tinturas. Los marcadores pueden servir, igualmente, para identificar la presencia de la droga en una formulación farmacéutica. Cuando los marcadores no son las sustancias responsables de la acción farmacológica de la droga, no deben ser utilizados para las determinaciones cuantitativas.

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La presencia de manchas o bandas coloreadas con el mismo Rf de las sustancias de referencia cromatograma de la muestra, no es suficiente para identificar la droga. La existencia de otras manchas o bandas coloreadas debe ser anotada, así como su posición en relación a la posición de las sustancias de referencia utilizadas. El uso de sustancias de referencia que no son constituyentes de la planta es de utilidad para determinar la ocurrencia de falsificaciones. Estas sustancias reciben la denominación de marcadores negativos. Así, los extractos de Arnica montana son analizados por comparación con soluciones de rutina, sustancia que no está presente en esta planta. El hecho de aparecer manchas con el mismo Rf y coloración de la rutina en el cromatograma del extracto indica la posible falsificación con flores de Calendula officinalis. Las farmacopeas están incrementando la utilización de la cromatografía en capa fina (CCF) o TLC como un medio para asegurar la identidad y pureza. Basta mencionar aquí que el valor Rf (rata de flujo o factor de migración de una determinada sustancia en un solvente dado, es igual a la distancia recorrida por la sustancia dividida entre la distancia recorrida por el frente del solvente) de un compuesto, determinada bajo condiciones especificas, es característica y puede ser usada como una ayuda a su identidad. Extractos cuantitativos de drogas crudas son preparadas y comparadas cromatograficamente con soluciones estándares de referencia de los constituyentes conocidos. La intensidad de las manchas cromatográficas visualizadas pueden ser visualmente comparadas y el método puede ser usado para eliminar drogas adulteradas. De esta forma, ensayos semi-cuantitativos han sido desarrollados para los constituyentes de drogas (menta, azafrán, camomila germana, digitalis) los cuales no son rápidamente evaluados por otros medios. 7.3.10. Contaminación microbiológica La BP requiere de un numero de drogas (ejemplo, acacia, agar, tragacanto, polvo de digitalis) para estar libre de E. coli en la cantidad del material ensayado, otras (ejemplo, ácido algínico, tragacanto) son también ensayadas por la ausencia de Salmonella. Los limites inferiores para el contenido aeróbico viable total, comúnmente 103, 104 microorganismos g-1, están siendo aplicados a drogas crudas, incluyendo gomas, agar, tragacanto, acacia. No hay evidencia que muestre que los contaminantes estén produciendo sustancias toxicas potenciales en drogas crudas y preparaciones farmacéuticas, en contraste con sustancias embriotóxicas, teratogénicas, mutagénicas y carcinogénicas producidas por alguna especies de trigo y arroz. 7.3.11. Determinación cuantitativa de los principios activos La escogencia del método para la determinación cuantitativa de los principios activos depende de la monografía, que debe ser considerada en su totalidad, para poder garantizar una adecuada calidad del producto. Muchas veces la selección recae en un método no específico, de elevada precisión y fácil ejecución. Es el caso de la determinación de alcaloides por el método volumétrico ácido-base o por la titulación en un medio no acuoso. Esta decisión es influenciada por las impurezas presentes en la droga. Aunque la

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determinación de impurezas puede ser realizada por medio de ensayos cromatográficos, la utilización de un método menos específico, pero preciso, debe ser preferida. En los casos en que las impurezas no sean determinadas con facilidad, los métodos más indicados son la cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC) o la cromatografía de gases, estos métodos generalmente exigen un mayor trabajo y equipos sofisticados y de alto costo. La Farmacopea Italiana prescribe una determinación cuantitativa de alcaloides por titulación ácido-base, para las raíces de Cephaëlis ipecacuanha (Ipecacuanhae radix), y establece un ensayo límite para impurezas por cromatografía en capa fina. La monografía de Centella asiática prescribe la valoración por cromatografía de alta eficiencia (HPLC), proceso que sirve al mismo tiempo, para la identificación de la droga. Una droga cruda puede ser ensayada para un grupo particular de constituyentes por ejemplo, alcaloides totales en Belladona o glucósidos totales en digitalis. Alternativamente, puede ser necesario evaluar un componente especifico, por ejemplo, el contenido de reserpina, como distintivo del contenido de alcaloides totales de Rauwolfia spp. 7.3.12. Ensayo límite para metales pesados El ensayo límite para metales pesados consiste en verificar si el contenido de impurezas metálicas que reaccionan colorimétricamente con el ión sulfato no excede el límite especificado en las monografías, en términos de microgramos de plomo por gramo de la muestra analizada. La reacción con tioacetamida también pede emplearse para la determinación del límite de metales pesados, en términos de plomo. Los ensayos se realizan en tubos de vidrio transparentes, de fondo plano, con una capacidad aproximada de 70 ml, con un diámetro interno de 23 mm y una marca externa correspondiente al volumen de 45 a 50 ml. Los tubos deben ser iguales en lo relacionado al diámetro interno y a los demás aspectos, puesto que la comparación es directa. Los tubos deben ser observados de arriba para abajo, contra un fondo blanco. El volumen del patrón utilizado varía de acuerdo con lo estipulado en la monografía de la muestra analizada. 7.3.13. Determinación de los residuos de pesticidas La utilización de los pesticidas para eliminar los insectos que no permiten un crecimiento normal de las plantas, ha aumentado notablemente. La percepción del grave peligro que representa el uso indiscriminado de estos pesticidas, condujo a que la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la FAO fijasen límites para los residuos. Desde entonces innumerables métodos de análisis de residuos de pesticidas han sido publicados. Los residuos tóxicos pueden aumentar en las drogas crudas como resultado de la aplicación de pesticidas durante el cultivo de las drogas y durante estados posteriores de fumigación de los productos almacenados. Las drogas vegetales acumulan pesticidas de la misma forma que las plantas alimenticias, cuando se aplican fumigaciones a los sembrados, cuando los suelos son tratados con insecticidas o cuando se realizan fumigaciones en el lugar en donde ellas son almacenadas.

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Las plantas medicinales así como las plantas alimenticias están sujetas al ataque de insectos y hongos. Las malezas son responsables de la disminución del rendimiento de las cosechas. Los problemas y la naturaleza de los residuos tóxicos son esencialmente encontrados en la industria de los alimentos y en la regulación de varios países existe el límite mínimo de estos residuos en alimentos, cosméticos, drogas y especias. El apéndice XI L de la BP 2000 da los requerimientos que regulan los residuos de pesticidas en drogas vegetales, las direcciones específicas para el muestreo y la lista de ensayos para varios insecticidas. Se ha reportado que especias, camomilas y valeriana obtenidas comercialmente contienen residuos de pesticidas pero con niveles aceptables. Sin embargo, no se ha enfatizado suficientemente sobre el peligro de los residuos de pesticidas en las drogas vegetales y en sus preparaciones. Pocas publicaciones a este respecto se encuentran en la literatura científica. Esto se debe probablemente, al hecho de que las drogas vegetales y sus preparaciones son consumidas durante períodos de tiempo más cortos y en menores cantidades, en relación con las plantas alimenticias. También es probable que la mayor parte de los residuos de pesticidas existentes en las drogas vegetales hayan llegado a descomponerse o a convertirse en sustancias inofensivas, e incluso, los residuos de pesticidas presentes en la planta hayan sido separados durante el proceso de fabricación, de modo que solamente una pequeña parte permanezca en la preparación medicinal, destinada a ser suministrada al paciente. Los residuos tóxicos pueden ser sustancialmente reducidos o eliminados por el uso de infusiones del material vegetal seco y por la utilización de los compuestos extraídos desde la planta. El almacenamiento a 30 oC ha mostrado que reduce rápidamente el oxido de etileno en material vegetal de sen hasta niveles permitidos. En los países en vía de desarrollo, existen todavía muchas preparaciones medicinales de origen vegetal, especialmente, las originarias de la medicina tradicional, en algunos de esos casos las preparaciones están constituidas por plantas que han sido tratadas con insecticidas, siendo éstas ingeridas por los pacientes durante períodos de tiempo prolongado. Por esta razón, es necesario proponer límites para los residuos de pesticidas en drogas vegetales y sus preparaciones, de acuerdo con lo indicado por la OMS y la FAO para las plantas alimenticias. Métodos como TLC y la cromatografía gaseosa están disponibles para la determinación de organoclorados y derivados de la urea, métodos enzimáticos para compuestos organofosforados, métodos colorimétricos para la determinación de la urea y técnicas espectroscópicas para el paraquat, triazinas y metales pesados. 7.4. Muestreo Para que los métodos de análisis de drogas vegetales expresen en sus resultados valores representativos de la cantidad de droga disponible, la muestra debe ser recolectada utilizándose una técnica definida y uniforme. Las técnicas de muestreo consideran tres aspectos: a) número de empaques que contienen la droga, b) el grado de división de la droga y c) cantidad de la droga disponible.

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7.4.1. Número de empaques Si los empaques poseen homogeneidad, las muestras deben ser recolectadas según se anota a continuación: No. de empaques 1 a 10 10 a 25 25 a 50 50 a 75 75 a 100 Más de 100

No. de empaques que sirven como muestra 1a3 3a5 4a6 6a8 8 a 10 5% del total (mínimo 10)

7.4.2. Grado de división y cantidad de la droga Cuando los componentes de la droga miden menos de 1 cm o cuando se encuentran constituidos por material fragmentado o pulverizado es recomendable recoger la muestra con auxilio de un objeto adecuado (tubo provisto de dispositivo de cerramiento en la base), de las diferentes partes del empaque (arriba, abajo y lateralmente). Hasta un peso de 100 Kg. de droga, la muestra debe ser de un mínimo de 250 g. Superior a un peso de 100 Kg, la muestra debe ser fragmentada en cuatro partes, resultando una muestra final de 250 g. El muestreo se hace manualmente en las drogas con dimensiones superiores a 1 cm. En este caso hasta un peso de 100 Kg de droga, la muestra debe ser de un mínimo de 500 g. Superior a 100 Kg, es necesario dividir la muestra en cuatro partes, obteniendo una muestra final de 500g. Cuando la cantidad total de la droga es inferior a 10 Kg, se pueden tomar muestras inferiores a 250 g, pero el peso de la muestra nunca debe ser inferior a 125 g. Cuarteo: Es el proceso mediante el cual se reduce la cantidad de la muestra, conservando su representatividad. La droga se distribuye de modo homogéneo sobre un área cuadrada y plana y posteriormente se divide en 4 partes iguales, desechando las porciones contenidas en los dos opuestos, en una de las diagonales del cuadrado. En seguida se juntan las dos porciones y se repite el proceso hasta alcanzar el tamaño de la muestra adecuada.

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