FARMACOGNOSIA La Farmacognosia es la ciencia farmacéutica que se ocupa del conocimiento de las materias primas de origen biológico, que el farmacéutico o la industria farmacéutica emplean para la preparación de medicamentos. Los aspectos abordados en relación a una especie natural, de interés farmacognóstico, son:

Origen, Historia, Caracteres macro y microscópicos, Composición química cuali-cuantitativa Ensayos de pureza Aplicaciones terapéuticas Comercio Adulteraciones Conservación, Otras.

La Farmacognosia moderna abarca también el estudio bioquímico sobre el metabolismo de las plantas, que tiene por objeto conocer la BIOGÉNESIS de los principios activos. Es decir, determinar las rutas metabólicas y/o los precursores naturales, en la síntesis de principios farmacológicamente activos. Salvo excepciones, en farmacognosia son objeto de estudio las especies con propiedades farmacológicas y aquellas que, por su composición, son tóxicas para el hombre.

CONCEPTOS que deben definirse para dominar el lenguaje propio de la Farmacognosia

1. DROGA Corresponde a toda materia prima de origen biológico (vegetal o animal) que directa o indirectamente sirve al farmacéutico o a la industria para la elaboración de medicamentos. La droga puede ser: Vegetales o animales enteros; Órganos o partes de los mismos o Productos obtenidos a partir del vegetal, por métodos sencillos, con

composición química que les proporcione acción farmacológica útil en terapéutica y que no ha sido sometida a otro tratamiento que limpieza y desecación a los fines de lograr una correcta conservación.

2. PRINCIPIO ACTIVO

Los principios activos contenidos en las especies naturales de interés farmacognósticos son aquellos con propiedades farmacológicamente activas y que actuando en distintos órganos y sistemas, modifican su estado o comportamiento.

FARMACOGNOSIA GENERAL Bibliografía recomendada: Farmacognosia General. Ángel Mº Villar del Fresno

La Farmacognosia General, es el apartado que incluye todos aquellos aspectos relacionados con la obtención, recolección, desecación, estabilización, fraccionamiento, extracción y otros, a los que se somete a las especies de origen natural, y que deben ser tenidas en cuenta por el farmacéutico para garantizar la calidad de una especie que será utilizada como tal, para la obtención de productos derivados, o para su investigación científica.

Cuando decidimos realizar una extracción sobre determinada droga para recuperar de ella los principios activos que contiene, debemos, previamente asegurarnos que la misma haya sido tratada correctamente desde su cultivo hasta el momento en que ingresa en el laboratorio, a modo de evitar la pérdida de tiempo y dinero por tratarse de una droga que no cumple con las exigencias de rigor.

Por lo dicho en el párrafo anterior, antes de comenzar a analizar las distintas técnicas de extracción de uso corriente en el laboratorio, haremos un recorrido por los distintos procesos, previos a la extracción.

Los procesos que analizaremos son:

CULTIVO

RECOLECCIÓN

DESECACIÓN Y ESTABILIZACIÓN

SELECCIÓN

FRACCIONAMIENTO

ALMACENAMIENTO

CONSERVACIÓN

Y finalmente,

EXTRACCIÓN DE PRINCIPIOS FARMACOLÓGICAMENTE ACTIVOS

Cuando algunos de los procesos previos a la extracción no han sido cuidadosamente atendidos, se corre el riesgo de alterar la composición química, desde el punto de vista cualitativa y cuantitativa de la especie, y por ende de desmerecer todo trabajo posterior que se pretenda realizar sobre la misma. Por este motivo, previo a tratar el tema "EXTRACCIÓN DE PRINCIPIOS FARMACOLÓGICAMENTE ACTIVOS" revisaremos cada uno de los puntos antes mencionados.

CULTIVO

En el cultivo de las especies hay una serie de parámetros a controlar, que deben ser tenidos en cuenta. Es por la influencia de estos parámetros que no todas las especies crecen en todas las regiones del país y del mundo.

CULTIVO

TemperaturaTemperatura

Lluvias

RadiacionesRadiaciones

Condiciones edáficas

Condiciones edáficas

Altitud

Altitud

Condiciones edáficas

Condiciones edáficas

CULTIVOFactoresa controlar

RECOLECCIÓN

RECOLECCIONRECOLECCION

Edad de la plantaEdad de la planta

Epoca del añoEpoca del año

Hora del día

Parte recolectada

CortezaCorteza

SemillasSemillas

FrutosFrutos

HojasHojas

Organos subterráneosOrganos subterráneos

Factores a

tener en cuenta

Nota: Los componentes principales de una planta pueden variar de acuerdo al lugar de siembra, la fecha de recolección y la presencia o ausencia de lluvias, por lo que la misma planta no presentará las mismas características en Córdoba que en San Luis, por ejemplo.

DESECACIÓN Y ESTABILIZACIÓN

TRATAMIENTO POR INHIBICIÓN ENZIMÁTICA

- Secado a la sombra y bajo abrigo

- Secado con aire caliente y seco

- Secado con rayos IR

- Secado en estufa y al vacío

- Liofilización

TRATAMIENTO POR DESTRUCCIÓN ENZIMÁTICA

- Con alcohol caliente (Bouquelot)

- Con calor húmedo

- Vapor de agua

- Vapor de alcohol

- Vapor de otros solventes (metanol, etc.)

- Calor seco

- Otros procedimientos (Rayos UV, corriente de alta frecuencia)

SELECCIÓN

FRACCIONAMIENTO

FRAGMENTACIONFRAGMENTACION

CORTE DEBANADURACORTE DEBANADURA

RALLADURARALLADURA

CONTUSIONCONTUSION

TRITURACIONTRITURACION

LEVIGACIONLEVIGACION

PULVERIZACIONPULVERIZACION

Nota: Mientras más pequeño es el tamaño del material vegetal, mayor rendimiento tendrá la extracción, ya que hay mayor superficie de contacto.

CONSERVACIÓN y ALMACENAMIENTO

El envase primario para conservar la droga debe ser:

CONSERVACIONCONSERVACION OPTIMOOPTIMOCONSERVAR PRODUCTOS QUE

HAN SIDO LIOFILIZADOS

CONSERVAR PRODUCTOS QUE

HAN SIDO LIOFILIZADOS

EN RECIPIENTESEN RECIPIENTES

SECOSSECOS

OSCUROSOSCUROS

HERMETICOSHERMETICOS

Lo depósitos de acopio aptos para el almacenamiento deben ser:

ALMACENAMIENTOALMACENAMIENTO

SECOSSECOSSECOS

FRESCOSFRESCOS

PROTEGIDOS DE INSECTOSY ROEDORESPROTEGIDOS DE INSECTOSY ROEDORES

INCOMBUSTIBLESINCOMBUSTIBLES

AIREADOSAIREADOS

EN DEPOSITOS

Cuando todos los puntos anteriores han sido contemplados, el próximo paso para continuar el trabajo con una planta medicinal es la EXTRACCIÓN DE PRINCIPIOS ACTIVOS.

EXTRACCION DE PRINCIPIOS ACTIVOS A PARTIR DE

La extracción es una operación difusional, o de transferencia de materia, de una fase original a otra que será el extracto.

Una de las características más importantes de esta operación es la creación de una nueva fase, en algunos casos por agregado directo de una fase inmiscible: el DISOLVENTE.

En este caso, como el disolvente se agrega puro, se establece una diferencia de concentración de la sustancia a extraer entre ambas fases, que es la fuerza impulsora para la transferencia de materia.

DROGADROGA

DISOLVENTEDISOLVENTE

EXTRACTOEXTRACTO RESTO

S/LS/L

L/LL/L

MARCO

REFINADO

Las dos fases que intervienen en el proceso de extracción pueden ser:

a) Una sólida y una líquida (extracción S/L)

b) Ambas líquidas (extracción L/L)

Los procesos de extracción pueden ser: continuos, discontinuos o semicontinuos.

En los procesos continuos ambas fases se renuevan continuamente. Se trata generalmente de procesos industriales, por lo que no son tratados aquí.

Los procesos discontinuos son aquellos que finalizan cuando una de las dos fases se agota o consume.

Los procesos semicontinuos son intermedios. Una de las dos fases se renueva periódicamente.

EXTRACCION S/L

- MÉTODOS DISCONTINUOS

Estos procesos se diferencian principalmente por la temperatura a la cual se realizan las extracciones y por el tipo de solventes que se utiliza, en cada caso.

Maceración: consiste en poner en contacto la droga con el disolvente, a temperatura ambiente, durante el tiempo necesario para agotar la droga o saturar el disolvente, generalmente 24 hs. Conviene remover con varilla de vidrio periódicamente a lo largo del proceso.

Digestión: se realiza suspendiendo la droga en agua, y calentando, sin llegar a la temperatura de ebullición del disolvente. La temperatura se mantiene a lo largo del proceso.

Cocimiento o decocción: Los cocimientos o decocciones son procesos en los cuales se hierven un determinado tiempo las partes de las plantas medicinales a tratar. Suele utilizarse con plantas que no pierden su eficacia por el exceso de calor, lo cual posibilita la extracción de todos los principios activos. Para completar esta información puede remitirse a la Farmacopea Nacional Argentina, VI Edición.

DISCONTINUAS

• Maceración

• Digestión

• Decocción

• Infusión

• Reflujo

SEMI-CONTINUAS

• Soxhlet

CONTINIAS

• Lixiviación

Reflujo: es la técnica extractiva a la que se accede cuando se opera con solvente de bajo punto de ebullición a temperatura elevada. Consta de un balón extractor al que se le anexa de forma hermética un refrigerante o un tubo de reflujo, para retener el solvente por condensación.

Extracción mediante Soxhlet: se practica en un aparato como el que se muestra en la figura, que consta de un balón donde se coloca el solvente extractor, el cuerpo donde se introduce un cartucho de papel absorbente en el que se coloca la droga, y un refrigerante. El cuerpo del aparato presenta un tubo de doble acodadura por donde sube el solvente volatilizado. Este se condensa en la parte superior del aparato y cae sobre el cartucho, donde se acumula hasta alcanzar el nivel superior de la tubuladura sifón, por donde retorna al balón original.

- MÉTODO CONTINUO

Lixiviación o percolación: En este proceso hay una maceración en dónde el disolvente se renueva de manera continua, el disolvente puro desplaza al que contiene la sustancia extraída y de esta manera aumenta el rendimiento de extracción.

EXTRACCION L/L

La extracción líquido - líquido, será tratada con mayor amplitud y profundidad en otras asignatura; desde la Cátedra de Farmacognosia solo haremos una breve reseña, apuntando a los conceptos que nos sean útiles para desarrollar las actividades de laboratorio.

LEY DE DISTRIBUCIÓN

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

La extracción líquido-líquido es la transferencia de un soluto por contacto de una fase líquida a otra también líquida pero inmiscible en la primera. Este proceso también es llamado Partición o Distribución.

Cuando una disolución acuosa, que contiene un soluto A, se agita enérgicamente con un disolvente orgánico no miscible con agua, y luego se deja reposar para que se separen las dos fases de acuerdo a su densidad, el soluto se habrá repartido entre los dos disolventes de acuerdo con sus solubilidades respectivas, y se establece el equilibrio:

Soluto en la fase superior Soluto en la fase inferior

La razón de las concentraciones de la especie soluto en cada una de las fases es una constante.

aq

org

DA

AK

][

][

Este coeficiente varía con la temperatura y depende de la naturaleza del soluto y del disolvente orgánico utilizado en la extracción.

KD puede considerarse constante en las disoluciones moleculares y en las iónicas muy diluidas (para evitar el efecto de la fuerza iónica).

Los coeficientes de partición de muchos solutos para distintos sistemas de solventes, están tabulados, pero si se desconoce el KD de una sustancia para dos solventes dados el valor del mismo se puede determinar de manera sencilla.

Se distribuye el soluto, presente en una cantidad lo suficientemente pequeña para que no se exceda su solubilidad en los solventes, entre dos fases inmiscibles, esta operación se efectúa en una ampolla de decantación. Una vez alcanzado el equilibrio, se separan las fases y se analizan para calcular la cantidad de soluto que retuvieron.

El coeficiente de partición se calcula con la ecuación dada anteriormente.

Lo ideal, en realidad, es determinar KD a varias concentraciones absolutas de soluto, y debe obtenerse un valor constante de KD si el soluto no sufre disociación o asociación en ninguno de los solventes.

Otro modo de analizar tales datos es representar la concentración en la fase orgánica en función de la concentración en la fase acuosa; al gráfico resultante se lo llama Isoterma de Distribución o Partición. La pendiente de esta representación es igual a K, y una isoterma de partición lineal, en el margen de concentraciones examinadas, indica constancia de K en este intervalo.

Una isoterma de partición no lineal suele indicar que el soluto no está presente como monómero no disociado en ambos solventes. Así, un ácido carboxílico neutro, que se puede disociar a anión carboxilato en solución acuosa, cabe que dé una isoterma de partición curva para una distribución entre agua y benceno, solo la parte no disociada del soluto es soluble en benceno y como la concentración absoluta del soluto cambia, varía la fracción presente como ácido no disociado. Otro equilibrio capaz de producir una isotema curva es la formación de dímeros (o de un agregado mayor) en uno o ambos solventes. A causa de estas posibles complicaciones, el coeficiente de partición generalmente determinado debe designarse como Coeficiente de Partición Aparente, que refleja el comportamiento de distribución total de todas las especies presentes. El verdadero coeficiente de partición antes definido, únicamente se aplica a especies simples.

Coeficiente de partición o de distribución aparente “D”.

D [Soluto en todas sus formas]

[Soluto en todas sus formas]

org

aq

FACTORES QUE AFECTAN A LA EXTRACCIÓN

pH: Extracción Ácido-Base

Supongamos que se quiere extraer con un disolvente orgánico un ácido débil monoprótico HA. El coeficiente de distribución KD, solo informa la relación existente entre [HA]org / [HA]aq, constante independiente de las condiciones de extracción.

Sin embargo hay que tener en cuenta que en medio acuoso el ácido se encuentra bajo su forma disociada y asociada en equilibrio.

HA + H2O H3 O+ + A-

Por lo tanto en fase acuosa se encuentran las dos formas: HA y A-. Es importante conocer el rendimiento de la extracción con respecto a todas sus formas en ambas fases, motivo por el cual, trabajaremos con el coeficiente de distribución aparente “D”.

Como ya se aclaró, esta constante depende de las condiciones de experimentación y puede relacionarse cuantitativamente con el coeficiente de reparto KD y con la constante de disociación de un ácido débil.

KaA H

HA

[ ][ ]

[ ] y K

HA

HAD

org

aq

[ ]

[ ]

Sustituyendo: DHA

HA

K

Ka HA

H

org

org

D

aq

[ ]

[ ] [ ]

[ ]

DHA

HA

K

Ka HA

K H

org

org

D

org

D

[ ]

[ ] [ ]

[ ]

DK H

Ka H

D aq

aq

[ ]

[ ]

El caso expuesto, referente a un ácido débil, es de suma importancia para el analista farmacéutico dado que la mayor parte de los principios activos con que trabaja son ácidos o bases débiles.

Las características de solubilidad de estas sustancias dependen de su forma iónica; la especie asociada es soluble en solventes orgánicos de polaridad escasa o nula mientras que la especie iónica lo es en disolventes polares (especialmente agua).

Sabemos que el equilibrio de disociación de estas especies puede ser desplazado modificando el pH del medio y por lo tanto, el control de pH es el recurso más importante para influir sobre el coeficiente de reparto.

FASE ORGÁNICA

FASE ACUOSA

HA

HA H+ + A

-

Elección del Disolvente:

En determinadas situaciones el analista ha de seleccionar ambos disolventes, pero a menudo la muestra se encuentra en disolución acuosa, lo cual establece la naturaleza del refinado. Es lógico pensar que los coeficientes de partición pueden estar influidos por la naturaleza química del segundo disolvente. El éter etílico, cloroformo e hidrocarburos son extractantes ampliamente utilizados.

A menudo, cuando hay más de un solvente extractante que parece satisfactorio, la elección se basa en sus densidades, es decir, según sean más pesados o ligeros que el agua.

Algunas veces, puede obtenerse una idea aproximada de la magnitud del coeficiente de reparto a partir del equilibrio de solubilidades del soluto en los dos solventes. Sin embargo, esta estimación no será cuantitativa a causa de las diferentes fuerzas involucradas en las dos situaciones.

Control de la Fuerza Iónica

También es importante controlar la fuerza iónica en un proceso de extracción, dado que si se eleva la concentración salina de una solución acuosa, por lo general se disminuye la solubilidad de un no electrolito presente. Esta disminución de la solubilidad por incremento de la fuerza iónica es el efecto “Salting-Out”. En principio esto puede asociarse con la reducida disponibilidad de moléculas de agua para actuar como solvente frente al no electrolito. Es bastante común utilizar este fenómeno ventajosamente en extracciones con disolventes añadiendo, por ejemplo, cloruro de sodio en la fase acuosa, lo que favorece que el soluto salte a la fase orgánica extractante y que además se separen netamente las fases.

DISCONTINUAS

• Extracción en ampolla de decantación

SEMI-CONTINUAS

• Extractores líquido/líquido, para:

• 1. líquidos más densos que el agua (Fig. A)

• 2. líquidos menos densos que el agua (Fig. B)

EXTRACCIÓN DISCONTINUA

En el laboratorio este tipo de extracción se lleva a cabo en una AMPOLLA DE DECANTACIÓN, la cual debe ser correctamente utilizada para evitar la formación de emulsiones que dificulten la separación de las fases. La ampolla consta de un cuerpo en forma de pera, que en el extremo superior presenta una boca por donde se introduce el extracto original y el solvente extractor, y en su parte superior termina en un vástago que presenta un robinete que es quien permite el drenaje de la fase inferior.

FORMA DE PROCEDER EN EL MANEJO DE LA AMPOLLA:

En primer lugar se carga la ampolla asegurándose de que el robinete esté cerrado. Una vez cargada la ampolla, se tapa convenientemente y se invierte. Se abre el robinete para permitir la salida de vapores que se puedan producir y se agita con movimientos circulares para evitar la formación de emulsiones en la interfase. Se cierra el robinete y se invierte la ampolla, quedando ésta en su posición original. Se espera que se separen las fases y luego se extrae la fase inferior por el vástago de la ampolla y por la boca la fase superior para evitar que la segunda se contamine con la primera.

EXTRACTORES SEMI - CONTÍNUOS

Los aparatos de extracción semi - continua son de gran utilidad en la industria dado que trabajar con estos resulta más eficaz y menos tedioso que practicar extracciones múltiples.

EXTRACTOR SEMI - CONTINUO PARA DISOLVENTES MÁS DENSOS

QUE LA SOLUCIÓN ORIGINAL

Funcionamiento:

En el balón extractor (a) se introduce el disolvente, se enciende la fuente de calor y este se volatiliza, asciende por el tubo lateral ©, llega al refrigerante (e), condensa y cae sobre la solución a extraer contenida en el balón (b), por ser el disolvente extractor más denso que la solución a extraer, la atraviesa, arrastra el principio activo y se acumula en el fondo hasta alcanzar un nivel tal en el que por vasos comunicantes retorna al balón extractor. Los principios activos quedan retenidos y el disolvente sigue volatilizandose puro. (Ver FIGURA A)

EXTRACTOR SEMI - CONTINUO PARA DISOLVENTES MENOS DENSOS QUE LA SOLUCIÓN ORIGINAL

Funcionamiento:

En el balón extractor (a) se introduce el disolvente, se enciende la fuente de calefacción, este se volatiliza y asciende por medio de la tubuladura lateral (b), los vapores llegan al refrigerante(e), condensan y caen al cuerpo del aparato (d), dentro del tubo concéntrico © cuyo extremo inferior se encuentra cribado.

Por ser el disolvente extractor menos denso que el refinado, atraviesa la solución a extraer, arrastra los PA y se acumula sobre esta hasta alcanzar el nivel del tubo lateral (b) por donde retorna al balón extractor. Los PA quedan retenidos y el solvente sigue volatilizándose puro. (Ver FIGURA B)