Appunti Farmacognosia e Fitoterapia II semestre

Farmacognosia e fitoterapia: II semestre

Farmacognosia generale

La farmacognosia è una branca della farmacologia detta anche scienza delle droghe. Una droga è un complesso naturale (non di sintesi) di origine animale, vegetale o minerale dotato di attività biologica. Non deve essere confusa con una droga d'abuso.

Biogenesi dei principi attivi

Un principio attivo è un composto in grado di modificare l’attività biologica di un organismo. La biogenesi dei principi attivi è lo studio della formazione dei principi attivi negli organismi produttori di droghe. La differenza più significativa che esiste tra le cellule non sta nelle loro capacità biochimiche, ma nella composizione chimica dei polimeri costituenti la loro materia (proteine, lipidi, polisaccaridi…). Certe differenze tra gli organismi esistono realmente, non solo nella qualità e composizione dei costituenti cellulari, ma anche nel tipo di costituenti. Il significato biologico di queste differenze non è noto. Raramente sono note funzioni utili per la pianta, ad esempio olii essenziali delle conifere, utili come solventi di resine protettive di ferite che la pianta ha subito.

Costituenti cellulari

I costituenti cellulari si classificano in due gruppi principali:

• Primari o essenziali (metaboliti, vitamine, ormoni), che sono necessari al normale funzionamento cellulare.
• Secondari o non essenziali (alcaloidi, glicosidi, olii essenziali), che non svolgono funzioni essenziali e che si accumulano in determinate specie.

I principi attivi sono contenuti nei vari costituenti cellulari sia primari che secondari. In quelli secondari si trovano i principi attivi di maggior interesse farmacologico. La conoscenza delle vie biosintetiche che portano alla formazione dei costituenti cellulari è importante sia da un punto di vista culturale che pratico. Queste conoscenze potranno essere utili per aumentare o migliorare il rendimento e la qualità di una droga. Si potrà cercare di aumentare la produzione, indirizzando le reazioni biochimiche coinvolte nella sintesi per favorire l’accumulo dei prodotti secondari che sono quelli che a noi interessano. I prodotti intermedi del metabolismo cellulare si accumulano solo sottoforma di polimeri (polisaccaridi, proteine, lipidi…).

Variabilità dei principi attivi

Il contenuto in principi attivi ed il rapporto tra i diversi costituenti non è statico (bisogna tener conto che nel corso della vita di un individuo i costituenti si modificano), ma varia in relazione a diversi fattori. La maggior variazione si ha a carico dei componenti secondari.

I fattori che influenzano questa variazione di PA sono sia naturali (dipendenti dallo specifico organismo), che artificiali (correlati alle tecniche di raccolta, produzione). La variabilità è dovuta a:

• Fattori endogeni: età, sviluppo, selezioni, mutazioni, poliploidia.
• Fattori esogeni: clima, altitudine, latitudine, terreno, fattori biotici.

Fattori endogeni

Dipendono dal patrimonio genetico (ereditari, genetici). Ci sono caratteristiche variabili fisiologicamente entro una stessa specie (sottospecie, varietà, tipi). Le differenze si manifestano sia fenotipicamente che biochimicamente. Essi possono influenzare la costituzione chimica di un organismo nei riguardi della quantità e del tipo dei costituenti chimici prodotti. Si parla cioè di varietà fisiologiche.

Varietà fisiologiche

Ad esempio il mandorlo dolce/amaro si differenzia perché quello amaro contiene amigdalina, oppure l’Eucalyptus dives produce un olio essenziale diverso da albero ad albero.

Variabilità biologica

Può essere dovuta a:

• Mutazione: modificazione di un gene, spontanea o artificiale.
• Poliploidia: numero di cromosomi maggiore dell’individuo normale.
• Ibridazione: incrocio di individui geneticamente diversi con la formazione di ibridi (non stabili).

Selezione

In ogni popolazione si riscontrano variazioni di intensità nella manifestazione di certi caratteri. Il contenuto in PA si distribuisce per frequenze nella popolazione secondo una curva gaussiana. Se i membri di una popolazione vengono scelti e fatti riprodurre tra loro si ottiene una popolazione selezionata. Per processo di selezione si originano dei cloni, cioè una popolazione particolarmente ricca di una qualità voluta (ad esempio contenuto in PA, dimensioni, resistenza ad alcune malattie…). La selezione è utile perché permette di migliorare la qualità e la quantità del prodotto.

Mutazione

È il risultato di una modificazione di un gene e può essere spontanea o artificiale. La mutazione può determinare sia la perdita di un carattere che la comparsa di un carattere nuovo. L’uso di mutanti artificiali è da anni in uso per la coltivazione di batteri e miceti per la produzione di antibiotici e vitamine. Oggi sono in uso anche le piante modificate geneticamente (OGM).

Poliploidia

La cellula normale è diploide, cioè nelle cellule somatiche sono presenti due copie di ogni cromosoma. In particolari condizioni, spontanee o artificiali, i cromosomi possono dividersi più volte. Il nucleo viene a contenere un numero di cromosomi maggiore del normale (poliploidia). L’aumento del numero di cromosomi dà origine a numerosi cambiamenti nell’individuo.

Ibridazione

È il fenomeno opposto alla selezione: implica un incrocio tra individui geneticamente diversi per produrre una specie ibrida. È possibile così ottenere caratteristiche morfologiche o biochimiche pregiate. L’ibridazione conferisce caratteri non stabili e dagli ibridi deriva una progenie non uniforme.

Tempo balsamico

Il tempo balsamico è il periodo che corrisponde alla concentrazione massima di principi attivi ed in genere corrisponde al termine dell’accrescimento dell’individuo. Le piante, ad esempio, vanno raccolte nel periodo balsamico, che corrisponde al completo sviluppo.

Età

In genere nelle piante perenni il contenuto di principi attivi aumenta con l’età (es. canfora). Esistono eccezioni ad esempio la corteccia di china in cui la percentuale aumenta fino al 4° anno per poi decrescere.

Fattori esogeni

Sono fattori ambientali e nutrizionali:

• Clima (luce e temperatura)
• Latitudine (acidi grassi saturi e insaturi)
• Altitudine ( contenuto in principi attivi)
• Terreno (ioni, acqua, humus, aria)

I fattori esogeni determinano variazioni nel contenuto in principi attivi mediante influenze sulla nutrizione della pianta. N.B. I fertilizzanti non aumentano il contenuto in principi attivi ma solo le dimensioni della pianta.

Clima

La durata e l’intensità della luce è un fattore determinante per la fotosintesi. La temperatura influenza la velocità delle reazioni chimiche.

Latitudine

Esistono differenze nella costituzione chimica dei gruppi vegetali:

• Piante tropicali: prevalenza di acidi grassi saturi (es. palma, burro di cacao)
• Piante subtropicali: prevalenza di acidi grassi insaturi (es. olio di oliva, arachidi, mandorle, sesamo)
• Piante delle zone fredde: hanno il massimo contenuto in acidi grassi insaturi (es. olio di lino)

Altitudine e costituzione del terreno

Influenza la composizione in principi attivi, ad esempio il timo, la menta, la valeriana, la camomilla, la salvia, la digitale. Tutti questi fattori esogeni non devono essere considerati in modo assoluto perché soggetti a variabilità.

Fattori biotici (biologici)

I fattori biotici comprendono le interazioni degli individui in uno stesso ambiente, ad esempio i gas rilasciati da foglie o frutti (etilene, che è rilasciato da una mela e le fa marcire tutte), o le secrezioni delle radici. Esistono anche piante incapaci di svilupparsi in coltura singola, da sole (ad esempio Arnica montana) per impossibilità di sintetizzare fattori essenziali e di conseguenza dovranno sfruttare quelli di altri individui.

Fattori artificiali

I fattori artificiali determinano variazioni nelle proprietà biologiche durante le fasi di preparazione, conservazione e invecchiamento. Le droghe vengono mantenute allo stato secco, ma nel corso delle operazioni di essiccamento si possono verificare cambiamenti nell’attività biologica e/o nei caratteri organolettici. Questo a causa di reazioni chimiche o chimico/fisiche, sia spontanee che artificiali, sul prodotto.

Alterazioni per reazioni spontanee

• Ossidazione: ad esempio oli essenziali che perdono il loro odore e diventano scuri e viscosi.
• Polimerizzazione: ad esempio resinizzazione.
• Evaporazione: ad esempio riduzione in principi attivi.
• Racemizzazione: ad esempio isomeria d-l, cis-trans.

Alterazioni per reazioni enzimatiche

• Idrolisi: ad esempio scilla.
• Ossidazione: ad esempio oppio.
• Imbrunimento: ad esempio tannini.
• Irrancidimento: ad esempio grassi.

Trasformazioni volute

In alcuni casi le trasformazioni migliorano la qualità della droga, ad esempio i semi di vaniglia, che aumentano il contenuto in vanillina in seguito a fermentazione, i semi di cacao che sono di qualità migliore se fermentati, il complesso caffeina-tannini del tè che se viene scisso aumenta la caffeina libera, la corteccia di cascara sagrada da cui si estrae un purgante perde l’effetto irritante con l’invecchiamento.

Imbrunimento

È un processo dovuto a reazioni di ossidazione che formano composti colorati. I polifenoli si ossidano a chinoni, che polimerizzano (scuri). L’acido ascorbico è inibito dall’enzima polifenoloossidasi e si usa per contrastare l’imbrunimento. L’imbrunimento è inibito dall’acido ascorbico che ha azione riducente. L’imbrunimento può essere dovuto anche alla reazione di zuccheri liberi con amminoacidi liberi. L’aggiunta di anidride solforosa previene queste reazioni bloccando i gruppi carbonilici. L’imbrunimento delle foglie secche è dovuto alla conversione della clorofilla in feoclorofilla di colore scuro.

Irrancidimento

È un’alterazione che avviene nei grassi. Può essere di diversi tipi:

• Acido: se avviene ad opera di una lipasi.
• Chetonico o aldeidico: se avviene per l’attività di microrganismi.
• Perossidico: se avviene per l’azione dell’ossigeno.

Per prevenire l’irrancidimento in genere si usa essiccare il prodotto o aggiungere antiossidanti.

Farmacopea ufficiale

La farmacopea ufficiale (F.U.) è un codice farmaceutico, cioè un complesso di disposizioni tecniche e amministrative rivolte a permettere il controllo della qualità dei medicamenti, sostanze e preparati finali, mediante l’indicazione di metodiche di verifica analitica e tecnologica, delle specifiche di qualità, dei metodi di preparazione o di formulazione. È un elenco ufficiale in cui sono registrati i nomi di tutti i preparati medicinali in uso, con la descrizione delle loro formule, dei requisiti analitici, dei metodi di preparazione. Ogni Stato del mondo ha una propria farmacopea.

FU Europea (E.Ph)

In Europa è in corso un’armonizzazione internazionale dei testi delle principali farmacopee, realizzata da una commissione che ha sede a Strasburgo, in esecuzione dell’apposita convenzione siglata nel ’64. La farmacopea:

• È pubblicata dal Ministero della Sanità
• Si compra all’istituto poligrafico dello Stato
• Si consulta in biblioteca di facoltà
• Rappresenta il codice professionale del farmacista
• Dal 1985 comprende monografie dei medicamenti naturali con le loro caratteristiche e preparazioni.

Classificazione delle droghe vegetali

1. Alfabetico: si usano i nomi botanici latini o volgari
2. Tassonomico: sulla base delle classificazioni botaniche (ordine, famiglia, genere, specie)
3. Morfologico: si usano gruppi (foglie, fiori, parti erbacee, legni, gomme)
4. Farmacologico: in base all’attività farmacologica.
5. Chimico: in base ai costituenti chimici e alle vie biosintetiche.

Avvertenze generali della Farmacopea

Le droghe vegetali si devono usare allo stato secco, cioè disseccate con metodo idoneo. Esse non devono contenere più del 10% di umidità in peso. I risultati delle varie determinazioni quantitative sono calcolati con riferimento alla droga secca (controllo). Le droghe devono essere di raccolta recente, di qualità scelta e in perfetto stato di conservazione. La raccolta va fatta: per le foglie della pianta a completo sviluppo (periodo balsamico), per le radici e i rizomi durante la fase di quiescenza della vegetazione, per i fiori al sorgere del sole, per i frutti e i semi a maturità raggiunta.

L’analisi microscopica deve farsi in sospensione acquosa (vetrini). Le droghe devono essere fornite alla farmacia in confezione integra, recante in etichetta le specifiche di produzione, di raccolta e di lavorazione. Il farmacista una volta preparata la medicina, dovrà fornire le seguenti informazioni:

• Denominazione della farmacia dispensatrice
• Data di confezionamento
• Denominazione e titolazione di ogni componente
• Quantità netta presente nella confezione, istruzioni d’uso per la conservazione, la scadenza.

Controllo di qualità

Campionamento

Prima che la droga possa essere venduta un campione di essa deve essere sottoposto ad analisi. L’analisi del campione deve essere eseguita con cura e risultare rappresentativa del prodotto intero.

Analisi delle droghe

Ha 3 scopi fondamentali:

• Verificare che non siano sofisticate
• Accertare che nessun deterioramento comprometta l’attività biologica
• Apprezzare la variabilità biochimica degli organismi fornitori della droga

Analisi farmacognostica

Si basa sulla verifica di:

• Identità: per verificare il principio attivo
• Purezza: per verificare sofisticazioni, deterioramenti
• Attività: per studiare l’attività biologica

Identificazione

• Morfologia: macro (guardando, ad esempio fiori, radici, foglie) o micro (al microscopio, istologia)
• Chimico-fisica: permette di identificare la droga attraverso consistenza, struttura, solubilità, viscosità, punto di fusione.
• Organolettica: odore, sapore (sono caratteristiche specifiche, che servono quindi per il riconoscimento e per scoprire sostituzioni e deterioramenti eventuali, ad esempio odore sgradevole per contaminazione microbica)
• Chimico-biologica: in vitro (su colture cellulari), in vivo (su animali o tessuti espiantati).

Morfologia

Nella droga secca i caratteri originari possono essere alterati a causa di piegamenti, compressioni ed essiccamento. Possono esserci differenze tra droghe provenienti dalla stessa specie, se cresciuta in condizioni diverse. È necessario avere un campione di droga autentica per effettuare un confronto.

Caratteri fisici di una droga

Sono: consistenza, struttura, frattura, punto di fusione, punto di ebollizione, peso specifico, viscosità, indice di rifrazione, potere rotatorio…

Analisi istologica

Si basa sul riconoscimento di alcuni elementi caratteristici (cellule, inclusioni, elementi estranei…). Le dimensioni degli elementi e degli inclusi variano entro limiti caratteristici e servono per l’identificazione di una droga. Ad esempio:

• Indice stomatico = 100 * n° stomi / n° cellule epidermiche + stomatiche
• Indice di amido (valutazione del diametro)
• Indice di palizzata = n° di cellule a palizzata / n° cellule epidermiche

Analisi chimica

Serve a svelare la presenza di un determinato componente. Può essere eseguita sulle droghe grezze (droga stessa) oppure su estratti. I metodi di estrazione dipendono dalla natura del principio attivo da estrarre. Nel caso di droga non organizzata (grassi, cere, resine, oli essenziali) si determinano alcuni indici caratteristici (n° di saponificazione, di esteri…)

Proprietà biologiche

Si eseguono saggi su animali o tessuti espiantati. Si possono eseguire test anche in vitro sul colture cellulari (primarie o immortalizzate).

Controllo di qualità

Comprende l’insieme delle verifiche da eseguire per assicurarsi che le droghe siano conformi alle specifiche richieste di identità e qualità secondo gli standard di legge, i quali sono forniti dagli organi competenti attraverso le farmacopee. L’identificazione (vedi appunti precedenti) non è sempre sufficiente a garantire la qualità di una droga usata nella pratica terapeutica. Per questo la qualità deve essere accertata attraverso il controllo della purezza e dell’attività.

Purezza delle droghe

Le impurezze possono essere presenti per cause accidentali come un difetto nella raccolta (ad esempio operatore non specializzato) oppure nella conservazione (sostituzione di piante medicinali nei magazzini di stoccaggio). Le impurezze possono essere sofisticazioni e quindi aggiunte volontariamente a scopo di frode (ad esempio sabbia per aumentare il peso e quindi il guadagno, oppure materiale organico per modificarne l’attività).

Elementi estranei (impurezze)

Le droghe devono essere il più possibile prive di elementi estranei, derivanti…