Farmacognosia

Farmacognosia: introduzione e definizioni

La farmacognosia è una disciplina che fa parte della farmacologia, è un termine greco che significa "conoscenza del farmaco". La farmacognosia ha il compito di riconoscere e descrivere le sostanze naturali impiegate come medicamenti o nella loro preparazione (soprattutto vegetali ma anche minerali) sia da un punto di vista botanico, chimico che farmacologico. Affonda le sue radici nella storia dell'uomo, in particolar modo nella cultura greca e araba, permettendo (grazie allo sviluppo delle conoscenze estrattive) di far nascere la branca della farmacologia.

Mentre sono pochissime le sostanze animali utilizzate in terapia (insulina dal maiale o sanguisughe per terapie trombolitiche), leggermente più numerose sono le sostanze minerali (allume di rocca come emostatico, magnesia San Pellegrino come purgante o solfuro di sodio come diuretico) mentre risultano invece numerosissimi i farmaci di origine vegetale o di semisintesi (ad esempio la morfina, la chinina, la salicilina).

Una pianta medicinale è una pianta che contiene sostanze che possono essere utilizzate a fini terapeutici così come sono o come precursori di composti attivi; una pianta officinale è invece una pianta che viene utilizzata in qualsiasi officina (farmaceutica, cosmetica, liquoristica, alimentare, ecc.): una pianta medicinale può essere anche officinale se utilizzata nell'officina farmaceutica.

Mentre nel linguaggio comune la droga è associata alla sostanza stupefacente o ad una spezia aromatica per la cucina, da un punto di vista farmacognostico la droga identifica la parte animale, vegetale o minerale che contiene in più alta concentrazione una o più sostanze farmacologicamente attive. Le droghe possono essere organizzate o non organizzate a seconda se è riconoscibile la struttura cellulare di base o meno (ad esempio gelatine, cere, olii, essenze, gomme sono droghe non organizzate).

Riconoscimento di una droga

La droga può essere reperita in diverse forme:

• Droga intera: può essere sia fresca che essiccata, per riconoscerla si analizzano i caratteri morfologici e organolettici;
• Droga triturata: può anche essere polverizzata, tagliata o non organizzata e per il riconoscimento si procede con tecniche di analisi microscopica e/o colorimetrica;
• Estratto o principio attivo: è la situazione più complessa da gestire poiché occorre procedere con tecniche cromatografiche o spettrofotometriche e dosaggi biologici per quantificare il principio attivo.

Analisi della droga

L'analisi della droga è condotta in tre distinte fasi:

• Analisi morfologica
• Analisi microscopica
• Analisi chimico-fisica e biologica

Analisi morfologica

La prima valutazione della droga è effettuata, soprattutto se intera e fresca, per osservazione diretta per analisi macroscopica/autoptica: è un’analisi fondata sulla valutazione della forma, delle dimensioni, del colore, delle caratteristiche superficiali della trama del tessuto, del comportamento alla frattura e dell’aspetto al taglio. Se le droghe risultano essiccate e impaccate sono poco visibili, per cui occorre reidratare con acqua o glicerina e cercare di recuperare quanto possibile dell’aspetto originale.

Della foglia si valuta il margine e la forma, la presenza del picciolo, se ne descrive la filotassi e se ne analizza il sistema vascolare. Delle radici occorre valutare se sono a fittone (radice principale perpendicolare al terreno e poche radici secondarie), fascicolate (radice principale atrofizzata e molte radici secondarie) o tuberose (con formazione ovoidale a partire dal tessuto parenchimatico e poche radici secondarie).

Se la droga è costituita da un fiore occorre valutare se si tratta di un fiore semplice o una infiorescenza, occorre descriverne la struttura di corolla, petali, sepali (gamosepalo, se i sepali sono fusi e il calice è tubiforme o dialipetalo se i sepali sono separati), l’apparato sessuale (stami-androceo, pistilli-gineceo). L’infiorescenza inoltre può essere sessile o pedicellata se sostenuta da peduncolo o da gambo.

Del frutto occorre valutare se è carnoso (esocarpo, mesocarpo ed endocarpo sono visibili e distinguibili) oppure secco (le tre parti del pericarpo sono secche e lignificate); nel caso fosse secco può essere deiscente o indeiscente (può aprirsi per liberare semi, come nel caso del baccello, oppure aprirsi solo a maturazione avvenuta, come nel caso della castagna). I semi rappresentano la trasformazione dell’ovulo dopo la fecondazione e se ne distingue un guscio e una mandorla. L’indagine organolettica permette di distinguerne e valutarne sia il sapore che l’odore.

Esame microscopico

L’esame microscopico è fondamentale in caso il materiale sia polverizzato, frammentato o sezionato: occorre prima di tutto trattarlo con acqua, glicerolo o cloralio idrato per ammorbidire il materiale e renderlo trasparente per il microscopio. Si possono ricercare peli (semplici protettori, peli ghiandolari, peli unicellulari o peli pluricellulari), cloroplasti, depositi cristallini (ad esempio depositi di ossalato di calcio), ghiandole schizogene (depositi di produzione e stoccaggio dell’aroma).

È opportuno anche analizzare una sezione della foglia e contare e descrivere gli stomi: essi possono essere anisocitici (le cellule di guardia non sono uguali per forma e dimensioni, una è sempre più piccola delle altre), anomocitici (le cellule di guardia sono disposte irregolarmente rispetto allo stoma), paracitici (la rima stomatica è parallela alla sezione delle cellule di guardia) o diacitici (la rima stomatica è perpendicolare alla disposizione delle cellule di guardia). Per la corretta identificazione della pianta è importante ricavare l’indice stomatico, caratterizzato dal numero di stomi rapportato al numero complessivo di stomi e cellule epidermiche totali per unità di superficie.

Analisi chimico-fisica e biologica

L’analisi chimico-fisica di una droga permette di determinarne al meglio le caratteristiche e le proprietà intrinseche del composto, molto spesso definite con tecniche colorimetriche. Tra le analisi che è possibile condurre si ricordano:

• Individuazione istochimica dei contenuti cellulari
  • Pareti cellulari cellulosiche: si aggiunge cloruro di zinco iodato, dopo alcuni minuti si aggiunge una goccia di acido solforico che, in presenza di cellulosa, colorerà il campione di blu o blu-violetto;
  • Carbonato di calcio: depositi o cristalli sono solubili con acido acetico dando effervescenza;
  • Ossalato di calcio: i cristalli sono insolubili in acido acetico ma solubili in acido cloridrico senza effervescenza. La mancata dissoluzione indica con tutta probabilità depositi di amido;
  • Granuli di amido: l’aggiunta di piccole quantità di iodio colora il campione di blu-rossastro;
  • Idrossiantrachinoni: l’aggiunta di una goccia di KOH porta a colorazione rossa;
  • Mucillagine: l’aggiunta di nero di china al campione secco porta alla formazione di frammenti trasparenti su fondo scuro che, per aggiunta di ematossilina, si colorano in rosso-violetto;
  • Tannino: colorazione blu-nerastra o blu-verdastra per aggiunta di cloruro ferrico ed esposizione a lampada di Wood.
• Determinazione dell’indice di rigonfiamento: analisi adatta per droghe a mucillagini, pectine o emicellulose. Si trasferisce 1g di sostanza in cilindro graduato con acqua e ripetutamente agitato per un’ora: si determina la variazione di volume che corrisponde al grado di rigonfiamento, un parametro specifico per ogni droga.
• Determinazione dell’indice schiumatico: è un’analisi adatta alla valutazione di droghe contenente saponine. Si prende 1g di sostanza, si addiziona a 100mL di acqua e si bolle per 30’. Dopo di ciò, si filtra la soluzione e si pone in diverse provette con concentrazione crescente: ogni provetta viene scossa e viene presa in esame solo quella che genera una schiuma alta 1cm. L’indice schiumatico esprime la tendenza di una sostanza a dare schiuma ed è dato dalla formula I=1000/a dove a rappresenta la concentrazione minima alla quale ottengo 1cm di schiuma.

Nel caso venga fornito direttamente il principio attivo isolato o l’estratto, posso solo analizzare tramite tecniche analitiche strumentali come la cromatografia o la spettrometria per ottenere conferma della presenza di determinati principi attivi e valutarne la concentrazione. Da un punto di vista prettamente biologico, le analisi vengono condotte principalmente (salvo espressa richiesta) sulle piante di cui l’attività farmacologica è ignota invece che sul principio attivo.

Per fare un’indagine delle proprietà bio-farmacologiche di una droga è necessario condurre un saggio bio-guidato: alle tecniche estrattive sono associati test in vitro, ex vivo o in vivo per testare quale parte della pianta mostra la più alta attività biologica e successivamente verificare quale agente ha promosso una determinata azione.

Fattori che influenzano il contenuto in principi attivi di una pianta medicinale

Affinché la produzione di una pianta medicinale per la raccolta di un determinato principio attivo avvenga con successo, occorre tenere conto di alcuni fattori che possano modificarne la concentrazione nel vegetale. I principali fattori da tenere in considerazione sono i fattori di tipo naturale e di tipo artificiale.

Fattori naturali

Dal punto di vista dei fattori naturali che possano modificare il contenuto di principio attivo di una determinata specie vegetale, occorre tenere in considerazione e valutare l’apporto di essi in due specifici settori, cioè l’azione sulla pianta (fattori endogeni-genetici) e l’azione sull’ambiente (fattori esogeni-ecologici): modifiche di tali fattori possono incidere quantitativamente e qualitativamente sulla resa di raccolta di uno specifico principio attivo.

I fattori naturali endogeni sono fondamentalmente quattro:

• Tempo balsamico: è l’anno in cui c’è il massimo contenuto di principi attivi nella droga. Occorre operare una suddivisione del tipo di raccolta in base piante annuali (raccolta a sviluppo completo), piante biennali (raccolta nel secondo anno di vita) e piante perenni (tempi balsamici molto più lunghi del normale ma che dipendono dalla tipologia di pianta). Oltre alla valutazione del tempo balsamico, occorre valutare anche il calendario di raccolta, cioè il periodo dell’anno in cui operare la raccolta, che dipende principalmente dal tipo di droga da raccogliere:
  • Fusto: raccolta in inverno o all’inizio della primavera, prima della gemmazione;
  • Corteccia: raccolta in primavera per abbondanza delle cellule del tessuto parenchimatico e per facilità di raccolta;
  • Radici/rizoma/bulbi/stoloni: raccolta in autunno o in inverno per facilità di raccolta e perché le piante perenni sono in quiescenza e producono molti più metaboliti secondari;
  • Gemme: raccolta alla fine dell’inverno o all’inizio della primavera;
  • Foglie: raccolta a primavera 2-3 ore dopo il levare del sole prima della fioritura. Fanno eccezione la belladonna (raccolta a luglio-agosto in piena fioritura) e la digitale (pianta biennale nonostante il principio attivo sia più concentrato il primo anno: il primo anno le foglie sono veramente piccole e sarebbero inutili);
  • Fiori e infiorescenze: raccolta al mattino a completa fioritura. Fa eccezione la camomilla che viene raccolta quando i capolini sono ancora in bottone;
  • Frutti: se carnosi vengono raccolti a completa maturità, se secchi indeiscenti (frutti secchi che non si aprono naturalmente) vengono raccolti prima della completa maturità, se secchi deiscenti (frutti secchi che si aprono naturalmente) sono raccolti a completa maturità prima della apertura;
  • Tutta l’erba: raccolta a completa fioritura usando l’accortezza di eliminare i rami più legnosi;
  • Semi: raccolta a completa maturazione se frutto secco, poco prima della maturità se frutto carnoso (dopo la maturità le caratteristiche organolettiche possono peggiorare). Nel caso di frutti secchi deiscenti occorre valutare una possibile perdita di droga;
• Selezione della specie: operare una selezione dei chemiotipi con concentrazione maggiore di principi attivi. Nell’operare la selezione dei semi delle piante con maggior produzione del metabolita desiderato si effettua una selezione massale, che permette nel tempo di aumentare la resa del principio attivo e di evitare la degenerazione della specie selezionata. La selezione genealogica permette di utilizzare un particolare individuo e seguirne la discendenza attraverso generazioni e permette di selezionare l’individuo con caratteristiche migliori o con miglior resistenza all’ambiente esterno. Entrambi i tipi di selezione hanno permesso in molti casi anche di raddoppiare la produzione desiderata (nel primo caso nella produzione degli alcaloidi della china, nel secondo nella resa di morfina nel papavero);
• Ibridazione: permette di incrociare individui geneticamente diversi per ottenere piante dalle caratteristiche quali-quantitative migliori e può essere operata tra individui della stessa specie o di specie affini (e.g. la menta piperita è ottenuta dall’incrocio di M. viridis e di M. aquatica). Lo scopo è ottenere una resa maggiore o una maggiore resistenza ai patogeni, tuttavia questi individui non possono riprodursi naturalmente ma solo per via vegetativa;
• Manipolazioni genetiche: vengono operate modifiche per ottenere piante con modifiche quali-quantitative migliori dal punto di vista dei principi attivi. La più comune forma di manipolazione genetica è la poliploidia dove i semi della pianta di interesse vengono trattati con colchicina a caldo, ottenendo un aumento della produzione di cromosomi e di conseguenza una pianta più grande.

I fattori endogeni costituiscono un netto miglioramento nella produzione della quantità di principio attivo, ma per agire sulla qualità occorre operare altri tipi di modifiche, soprattutto a livello dell’ambiente di coltivazione. I fattori naturali esogeni sono principalmente tre:

• Condizioni climatiche: intensità e qualità della luce sono essenziali per lo sviluppo della pianta, dato che sono parte centrale della fotosintesi, ma allo stesso tempo è opportuno valutare anche le piante che necessitano di zone più ombrose. Sono sconsigliate forti escursioni termiche, che sono sfavorevoli nella crescita della pianta. Mentre la latitudine influenza il contenuto lipidico, l’altitudine influenza la composizione in principi attivi. Le basse temperature scoraggiano la produzione di olii essenziali da parte delle piante, che di conseguenza dovrebbero essere cresciute in climi temperati caldi. Le piante che invece crescono in ambienti caldi e tropicali sono più propense a produrre acidi grassi saturi (e.g. acido palmitico, burro di cacao, ecc.) mentre quelle che crescono in un clima mediterraneo producono più facilmente acidi grassi insaturi, con un grado di insaturazione che aumenta con la diminuzione della temperatura: l’olio di oliva prodotto in Italia ha un indice di insaturazione più alto del corrispettivo olio prodotto in Marocco. Il periodo della giornata in cui vengono raccolte le piante incide sul loro contenuto in principi attivi. Alcuni esempi:
  • L’aconito e la cicuta sono tossici in Italia ma non lo sono nei paesi del nord;
  • Il timo e la menta sono più ricchi di principi attivi se coltivati in pianura, a differenza della valeriana che opera in un contesto opposto;
  • La belladonna predilige le alte temperature, nei paesi nordici deve avere una buona esposizione al sole;
  • I glicosidi digitalici sono presenti maggiormente nelle piante raccolte nel pomeriggio invece che nella notte.
• Composizione del terreno: se la pianta è spontanea non è possibile andare a modificare le caratteristiche del terreno, mentre se si tratta di una coltivazione di piante medicinali occorre porre molta attenzione. Ad esempio:
  • Le piante ad essenza (e.g. la salvia), necessitano di terreni sabbiosi;
  • La valeriana e l’altea hanno una bassa resa in principi attivi se crescono in terreni paludosi e umidi;
  • La camomilla predilige terreni acidi mentre il papavero non li tollera;
  • In terreni umidi le ombrellifere perdono aroma e le solanacee il titolo in alcaloidi;
  • L’azoto è fondamentale per la valeriana e la genziana, ma ha un effetto negativo sulla camomilla;
  • La digitale è ricca di principi attivi se coltivata in terreni ricchi di manganese e ne è povera in terreni calcarei;
• Allopatia: il posizionamento di altre piante nelle vicinanze di una determinata pianta medicinale ne stimola lo sviluppo di uno specifico principio attivo. Chiari esempi sono l’Arnica montana (non cresce in monocoltura), lo stramonio (favorito dal lupino) e la belladonna (favorita dall’assenzio).

Fattori artificiali

I fattori artificiali che possono influire sulla resa in principio attivo sono principalmente due: la raccolta e il processo di essiccazione.

Raccolta

La raccolta deve essere operata in maniera accorta e da personale specializzato, avendo cura di preservare le singole parti che si intende prelevare.

La foglia deve essere raccolta con tutto il picciolo, deve essere integra e in buono stato e devono essere eliminate le foglie secche, ingiallite o marcatamente contaminate: il picciolo dovrà essere rimosso in seguito. Il fiore deve essere raccolto con il peduncolo optando per il miglior momento della giornata per la raccolta; stesso principio deve essere operato per le piante contenenti olii essenziali: se raccolte nelle ore troppo calde gli olii possono evaporare, se invece...