UNIVERSIDAD DE ANTIQUIA ESTERIDES CARDITNICS Profesor Alejandro Martínez Martínez Facultad de Química Farmacéutica E-mail: amart@muiscas.udea.edu.co Medellín, Abril de 2002
GLICSIDS CARDITNICS Los glicósidos cardiotónicos son sustancias constituidas de una porción esteroide, una porción glicosídica y un anillo de -lactona,ß-insaturada o -lactona-,ßinsaturada, que actúan sobre el músculo cardiaco y por tanto se utilizan como medicamentos contra la insuficiencia cardiaca. Se conocen entonces según el anillo lactónico dos grandes clases de cardiotónicos: Los CARDENLIDS, con anillo de -lactona, y los BUFANLIDS ESCILANLIDS, con anillo de - lactona. La figura 24 muestra la estructura estereoquímica general de ambas clases de sustancias. R Figura 24. Estructura general de cardiotónicos (R=H, aglicona ; R=Gli, Glicósido) BISINTESIS La figura 25 esquematiza el proceso de biosíntesis de los cardenólidos y bufanólidos. Se tienen evidencias experimentales de que la progesterona es un intermedio en el proceso 1. La progesterona formada se condensa con una unidad C2 para dar origen a una cadena lateral de 4 carbonos típica de los cardenólidos. La posterior oxidación y deshidratación origina el anillo - lactona-,ß-insaturado. Posteriormente ocurre la glicosilación. 1 Lindemann, P., Luckner, M., PHYTCHEMISTRY 46 (3) 507 (1997).
Figura 25. Biogénesis de cardenólidos
DISTRIBUCIN NATURAL Los cardiotónicos se encuentran principalmente en las hojas de plantas de las familias Scrofulariaceae, Apocynaceae, Liliaceae, Ranunculaceae y Moraceae. Los bufanólidos se han encontrado también en ranas del género Bufus, y en las alas de mariposas monarca, han sido considerados de interés por su potencial anticancerígeno 2. ENSAYS DE RECNCIMIENT Los cardenólidos se pueden reconocer en muestras biológicas mediante los ensayos de coloración con varios reactivos nitro, tal como se anotó para las sesquiterpenlactonas; específicamente con los reactivos de Kedde, Legal y Raymond. Al igual que las saponinas esteroides, dan resultados positivos con el reactivo de Liebermann-Burchard, lo que permite diferenciarlos de las terpenlactonas y las cumarinas. Por otro lado, los carbohidratos ligados incluyen generalmente a la D-glucosa, L- Rhamnosa y desoxiazúcares. Estos últimos pueden reconocerse mediante el ensayo de Keller-Kiliani. HIDRLISIS Los glicósidos cardiotónicos se hidrolizan fácilmente en soluciones ácidas liberando la sapogenina y los carbohidratos ligados. En medio alcalino, además de liberarse la sapogenina ocurre epimerización sobre el carbono 17 y apertura del anillo lactónico, tal como lo explica el mecanismo mostrado en la figura 26. HECHS ESTRUCTURALES Los cardiotónicos naturales en su gran mayoría, poseen: -un anillo lactónico,ß-insaturado en posición 17ß -un grupo hidroxilo o glicosilo en posición 3ß -un grupo hidroxilo en posición 14ß -configuración cis entre los anillos A/B y C/D -otros grupos hidroxilo en 1, 5, 12, 16, etc. -el grupo metilo 19 algunas veces oxidado hasta alcohol o aldehído -1 a 4 unidades de carbohidrato ligadas al oxígeno del carbono 3 -los carbohidratos ligados son principalmente glucosa y desoxiazúcares como digitoxosa, cimarosa, etc. Los desoxiazúcares son una característica importante de los glicósidos cardiotónicos, ya que esta clase de carbohidratos se encuentra prácticamente restringida a estas sustancias naturales. La Figura 27 muestra algunos ejemplos de cardiotónicos naturales y desoxiazúcares más comunes. 2 Pettit, G. R.; J. NAT. PRD. 59 (8) 812-821 (1996).
Figura 27. Algunos ejemplos de cardiotónicos y desoxiazúcares naturales EXTRACCIN Y AISLAMIENT Al igual que las saponinas esteroides y otros glicósidos terpenoides, los cardiotónicos pueden aislarse en forma glicosídica o como sapogeninas. En el primer caso se utiliza el método ya descrito para las saponinas esteroides (desengrase, extracto polar, resina de intercambio iónico, Sephadex y cromatografía), mientras que en el segundo caso se realiza una hidrólisis ácida seguida de partición con un solvente orgánico (generalmente cloroformo) y cromatografía en sus diferentes formas, especialmente con sílica gel. Para el fraccionamiento por cromatografía en columna con sílica gel pueden utilizarse mezclas de solventes como Diclorometano/Metanol/Agua 91:22:683. Luego de este fraccionamiento e hidrólisis ácida, las geninas pueden analizarse y separarse por HPLC-fase reversa 4,5,6,7 ; mientras que los carbohidratos ligados pueden analizarse por cromatografía en papel eluyendo con la mezcla Butanol/Acido Acético/Agua 4:1:5 8. Recientemente y gracias al avance de las denominadas técnicas "on-line" y el desarrollo de interfaces HPLC-Espectrometría de masas se pueden analizar extractos crudos que contienen glicósidos cardiotónicos o saponinas, mediante técnicas combinadas como LC-TMS (HPLC combinada con Espectrometría de masas con interfase termospray) y LC-CF/FAB (HPLC combinada con Espectrometría de masas FAB de flujo continuo) 9. CARACTERISTICAS ESPECTRALES a. Espectroscopia Infrarrojo 10 Los cardiotónicos además de las bandas características de la funcionalidad esteroide, presentan bandas de absorción características del grupo carbonilo lactónico,ß-insaturado alrededor de 1715-1745 cm -1. b. Espectroscopia Ultravioleta El cromóforo -lactona,ß-insaturada muestra un máximo de absorción alrededor de 215-220 nm 11. 3. J. CHRMATG. 367, 45 (1986). 4. CHEM. PHARM. BULL. 24, 2995 (1976). 5. J. CHRMATG. 365, 123 (1986). 6 Abe, F.; Yamauchi, T.; Minato, K.; PHYTCHEMISTRY 42(1) 45-49 (1996). 7 Tor, E. R. y col., J. AGRIC. FD. CHEM. 44, 2716 (1996). 8. CHEM. PHARM. BULL. 24, 2886 (1976). 9 Wolfender, J-L., y col.; J. CHRMATG. A 712, 155-168 (1995). 10 Begum, S., y col., PHYTCHEMISTRY 50, 435-438 (1999).
c. Espectrometría de masas Los espectros de masas de impacto electrónico (70 ev) de las agliconas de cardenólidos presentan el fragmento característico m/z 111, el cual se origina por el mecanismo ilustrado en la Figura 28. Además se observa la pérdida de C 2 (M-44) 12. Para los glicósidos se utiliza actualmente la Espectrometría de masas FAB en modo positivo o negativo. La Figura 29 ilustra la utilidad del espectro FAB de iones negativos para el 9-hidroxiescilifaeósido aislado de Urginea maritima 13. 11 Begum, S., y col., PHYTCHEMISTRY 50, 435-438 (1999). 12 Budzikiewicz et al., "Mass Spectrometry of Natural Products", Vol. II: Steroids; Holden-Day, San Francisco, 1964. 13 Krenn, L. et al.; J. NAT. PRD. 59, 612 (1996).
H R b a R a CH 2 + R m/z 111 [M-C 2 ] + Figura 28. Mecanismo de formación de los fragmentos m/z 111 y M-44, característicos de cardenólidos
m/z 415 H (L)Ramnosil H H m/z 561 (M-H) - Figura 29. Esquema de fragmentos FAB del 9-hidroxiescilifaeósido d. Espectrometría RMN 14 Los cardenólidos se reconocen por RMN- 1 H por las señales del protón 3 (4.4 ppm, m), del metilo 18 (0.9, s), del metilo 19 (1.1, s), el protón 17 (2.8-3.5 ppm), el protón del hidroxilo 14 (5.0-6.0 ppm, s), los protones 21a y 21b (4.8-5.8 ppm, dd, J=18 y 2 Hz) y el protón olefínico 22 (6.0-6.4 ppm, s ancho) 15. En el espectro de RMN- 13 C se observan las señales características en 74 (C-3), 64 (C-14 hidroxilado), 36 (C-21), 96 (C-22), 119 (C-20) y 214 (C-23) 16. Los bufanólidos se reconocen por RMN- 1 H por las señales del protón 3 (4.0-5.5 ppm, quintete ancho), del metilo 18 (0.9, s), del metilo 19 (1.1, s), el protón 21 (7.3, d, J=2-3.5 Hz), el protón 22 (8.0, dd, J=10 y 2-3.5 Hz) y el protón 23 (6.3 ppm, d, J=10 Hz). En el espectro de RMN-13 C se observan las señales características en 76 (C-3), 16-20 (C-18 y C-19), 119-125 (C-20), 150 (C-21 y C- 22), 112-116 (C-23) y 165 (C-24) 17,18. 14 Begum, S., y col., PHYTCHEMISTRY 50, 435-438 (1999). 15 Abdel-Azim, N. S.; et al. ; PHYTCHEMISTRY 42(2) 523 (1996). 16 PHYTCHEMISTRY 28, 1203 (1989). 17 Kopp, B. et al.; PHYTCHEMISTRY 42(2) 513 (1996). 18 Krenn, L. et al.; J. NAT. PRD. 59, 612 (1996).
Los desoxiazúcares presentes en los glicósidos cardiotónicos presentan espectros RMN característicos 19. VALRACIN EN PRDUCTS FARMACEUTICS La mejor técnica para valorar los glicósidos cardiotónicos en extractos vegetales y productos farmacéuticos es HPLC 20,21,22. tros métodos de valoración de los cardiotónicos son la colorimetría con el Reactivo de Kedde y métodos biológicos en los que se determina la Dosis Letal Mínima (DL-50), el volumen de vómito en palomas, el paro cardíaco en gatos y con el corazón aislado de ranas, y los métodos enzimáticos 23. ACCIN FARMACLGICA Y RELACIN ESTRUCTURA-ACTIVIDAD Los cardiotónicos tienen acción inotrópica positiva, es decir, incrementan las fuerzas de contracción del músculo cardíaco. Por otro lado, las hojas de digital tienen un efecto diurético. Por estas razones se les utiliza en tratamientos de nefritis, edemas y algunas enfermedades infecciosas. Se ha establecido que para que los cardiotónicos manifiesten su actividad requieren además del ciclo lactónico,ß-insaturado, que: -la configuración sea 14ß,3ß,17ß -configuración A/B 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 24. Los hidroindenos son productos de síntesis que sirven de plantilla para producir agentes inotrópicos 25. 19 Pauli, G.; J. NAT. PRD. 58(4) 483-494 (1995). 20 PLANTA MED. 45, 207 (1982). 21 J. CHRMATG. 448, 157 (1988). 22 Abdel-Azim, N. S.; et al. ; PHYTCHEMISTRY 42(2) 523 (1996). 23 PLANTA MED. 45, 207 (1982). 24 Takechi, M. y col., PLANTA MED. 64 (2) 179 (1998). 25 Sevillano, L. G., y col., METHDS FIND. EXP. CLIN. PHARMACL. 1999 (Suppl. A): 135.
PRINCIPALES DRGAS VEGETALES QUE CNTIENEN CARDITNICS Hojas de digital La droga la constituyen las hojas desecadas de Digitalis purpurea (Fam. escrofulariácea). 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. Uno de estos es el purpureaglicósido A: C H H H 2 H H C H 3 H H H H C H 3 H Purpureaglicósido A La especie relacionada Digitalis lanata, también 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: H CH 2 H H H CH 3 Ac H H CH 3 H H Lanatósido A
La especie D. lanata, aunque es originaria de Europa, también se encuentra en nuestro país, específicamente en la sabana de Bogotá. Estas drogas vegetales se comercian en Europa bajo nombres comerciales como Digitalina, Cardinatina, Cristalloxina, Digoxina, etc. Para el análisis HPLC de esta droga puede consultarse el trabajo de Ikeda y col. 26, y este autor también ha reportado el análisis cuantitativo mediante Cromatografía en Capa Fina de Fase Reversa 27. El género Isoplexis fam. Escrofulariáceas contiene cardenólidos similares a los de Digitalis 28. 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 Africa. Esta droga contiene el glicósido estrofantina: H H H H R am nos il( ) H Estrofantina G 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, 26 Ikeda, Y. y col.; J. NAT. PRD. 58 (6) 897-901 (1995). 27 Ikeda, Y. y col.; J. CHRMATG. 746A 255-260 (1996). 28 Schaller, F., Kreiss, W., PLANTA MED. 62 (5) 450 (1996).
Huq y col., aislaron un cardenólido que además de cardiotónico es antibacterial 29. Las hojas contienen varios cardenólidos con acción depresora sobre el SNC 30. CCH 3 H leandrosil() leandrina Thevetia peruviana Las semillas de esta planta contienen cardiotónicos como el peruvósido: H H Tevetosil() Peruvósido Lirio de los valles La droga la constituyen las partes aéreas de Convallaria majalis (Fam. liliáceas). Esta contiene varios cardiotónicos, entre ellos la convalatoxina: 29 Huq, M. M., y col., FITTERAPIA 70, 5-9 (1999). 30 Begum, S., y col., PHYTCHEMISTRY 50, 435-438 (1999).
H H Ramnosil(Glucosil) H Convalatoxina Bulbo de escila La droga la constituyen los bulbos de Drimia maritima (Fam. liliáceas). Contiene bufanólidos como el escilareno-a el cual produce irritación gástrica la que a su vez induce la secreción de los bronquiolos, por lo cual se usa como expectorante. Glucosil(Glucosil)Ramnosil() H Escilareno-A Heléboro negro Corresponde al Helleborus niger (Fam. Ranunculáceas).
H H (Glucosil)Ramnosil() H Heleborina tras referencias recientes: Glicósidos cardiotónicos 31 Especies relacionadas existentes en Colombia 32 La Digitalis purpúrea se introdujo antes de 1850 a Bogotá y se fué extendiendo a los climas fríos de la cordillera oriental. El "lirio de los valles" Convalaria majalis se cultiva como ornamental y se conoce con el nombre de "campana de mayo". El "catapé" ó "cobalonga" es ornamental en poblaciones de clima caliente y corresponde a la Thevetia neriifolia. El "azuceno de la habana" Nerium oleander se encuentra en varios pisos climáticos p. ej. en Cartagena y en Medellín, y es utilizado para fines ornamentales. El "rajalgar" corresponde a Asclepias curasavica, cuya savia es utilizada en preparados para aflojar los dientes. La "fruta de culebra" es una apocinácea: Rauwolfia tetraphylla, de la cual se obtiene también un alcaloide hipotensor. 31 Carter, C. A. y col., TETRAHEDRN 53 (50) 16959 (1997). 32 Patiño G. Daniel J.; "Utilización Terapéutica de Nuestras Plantas Medicinales"; 1a. edición, Ediciones Tercer Mundo, Bogotá, 1984, pp. 141-151.