Fitofarmacia

Pianta medicinale e pianta officinale

Una pianta medicinale è un vegetale che contiene in uno o più dei suoi organi sostanze che possono essere impiegate a scopo terapeutico o come precursori in emisintesi chemio farmaceutiche che portino a sostanze attive. Le piante rappresentano una fonte ricca di molecole, le quali possono essere utilizzate tal quali oppure, appurata la loro attività biologica, possono essere utilizzate per emisintesi e quindi modificate per incrementarne l'attività. Inoltre, tali molecole possono essere utilizzate come scheletro base per la sintesi di altre molecole.

Una pianta officinale è una pianta impiegata nelle officine farmaceutiche per produrre specialità medicinali; sono piante catalogate da organi ufficiali e sono in numero minore rispetto a quelle medicinali perché devono rispondere a particolari requisiti ed essere ben definite dalla Farmacopea Ufficiale.

Principio attivo e fitocomplesso

Il principio attivo è quella molecola che, introdotta nell'organismo, è in grado di produrre modificazioni di una o più funzioni della cellula vivente come conseguenza di azioni chimiche o chimico-fisiche. Sono quindi i costituenti chimici responsabili dell'attività biologica di una pianta. Però, quando generalmente parliamo di pianta, facciamo riferimento al fitocomplesso (entità biochimica complessa che rappresenta l'unità farmacologica integrale della pianta medicinale, ossia l'insieme dei vari principi attivi presenti all'interno della pianta).

Azione sinergica

Quando impieghiamo un fitocomplesso, all'interno di esso abbiamo un insieme di molecole. In alcuni casi si osserva l'azione sinergica dei principi attivi, che si manifesta per la presenza di varie molecole che magari singolarmente non sono dotate di una specifica azione farmacologica ma che possono interagire con la molecola che ne esplica l'attività e modularne l'attività stessa. La sinergia di due o più molecole può essere legata a diversi fattori, abbiamo una sinergia farmacodinamica (ossia una sinergia dell'azione farmacologica), una sinergia farmacocinetica, ecc.

Effetto additivo, sinergismo e antagonismo

L'effetto additivo si manifesta quando l'effetto combinato di due o più composti chimici è uguale a quello della somma degli effetti individuali di ogni agente. In pratica, ogni sostanza tossica agisce come se non fossero presenti anche le altre.

Il sinergismo si verifica quando l'effetto combinato di due o più sostanze tossiche è maggiore della somma degli effetti di ogni sostanza presa in considerazione singolarmente.

Nell'antagonismo, due o più composti chimici interferiscono l'un l'altro nella loro azione in modo tale che il loro effetto combinato è di minore entità rispetto alla somma degli effetti di ogni singolo composto chimico. L'interazione antagonistica è alla base della maggior parte degli antidoti ai veleni. In alcuni casi, due composti chimici che hanno degli effetti opposti a carico della stessa funzione fisiologica possono annullarsi l'un con l'altro.

Tossicità e droga vegetale

Tossicità: in genere si ritiene comunemente che le droghe vegetali siano prive di tossicità. Questo assunto è senza alcun riscontro reale se si pensa che alcune piante utilizzate in terapia hanno un'elevata tossicità (digitale, oppio, ecc.).

Una droga vegetale è una pianta o una parte di essa (radici, corteccia, foglie, frutti ecc.), conservata allo stato secco ed impiegata per uso terapeutico come tale o per l'estrazione dei principi attivi in essa contenuti. La droga è però anche quella parte della pianta in cui maggiore è il contenuto in principi attivi. Da ricordare è che la resina, le gommoresine e gli oli sono definite droghe non organizzate ossia quelle droghe che si ottengono per semplice incisione della pianta o estrazione. Esse non hanno una struttura cellulare poiché costituite dalla pianta stessa o da parti di pianta che contengono le varie cellule (al contrario delle droghe organizzate).

Metabolismo e metaboliti

In genere, i vari composti chimici vengono degradati attraverso una serie di reazioni che nella maggior parte dei casi implicano la presenza di enzimi. Questi processi formano quello che è chiamato metabolismo e comprende sia le reazioni di degradazione (catabolismo), sia la sintesi (anabolismo). Tutti gli organismi possiedono delle vie metaboliche simili attraverso le quali sintetizzano alcuni composti essenziali per la loro sopravvivenza, e questi rientrano nel metabolismo primario.

Metaboliti secondari

Invece, i metaboliti secondari sono molecole prodotte solo in determinate cellule, non utili alla pianta nel suo insieme; sono in genere composti organici di origine naturale, specifici di un organismo o comuni a un piccolo numero di organismi strettamente correlati, che giocano un ruolo prominente nella coesistenza e coevoluzione della specie. Questi non li ritroviamo ubiquitariamente all'interno della pianta perché questa li produce in determinate condizioni.

I metaboliti secondari traggono origine da intermedi biosintetici denominati "mattoni biosintetici". Il numero di mattoni biosintetici necessari a costruire una grande varietà di composti è sorprendentemente piccolo; quelli di gran lunga più importanti nella biosintesi di metaboliti secondari derivano da: acetil coenzima A, acido shikimico, acido mevalonico. I metaboliti secondari possono essere sintetizzati combinando molti mattoni biosintetici dello stesso tipo oppure usando una miscela di mattoni biosintetici diversi. Una grande varietà di sostanze naturali può essere costituita da un limitato numero di mattoni di base. Tali molecole vengono utilizzate come unità di accrescimento nelle cosiddette vie biogenetiche. Queste vengono, perciò, definite: via dell'acetato, via dello shikimato, via del mevalonato.

Produzione e utilità dei metaboliti secondari

In genere, la pianta produce metaboliti secondari perché si trova in particolari condizioni: in presenza di uno stress o di una condizione anomala; per l'eliminazione dei prodotti tossici; in presenza di concentrazioni abnormi di intermedi del metabolismo primario, questi verrebbero indirizzati alla sintesi di metaboliti secondari espulsi nell'ambiente o nei secreti. Il metabolismo secondario servirebbe ad assicurare un metabolismo basale quando i normali substrati per riduzione dei nutrienti non possono essere usati per la crescita o la replicazione. I metaboliti secondari sono fondamentali per la selezione della specie, per l'evoluzione, in relazione al fatto che molti metaboliti secondari determinano risposte biologiche e fisiologiche in altri organismi.

La maggior parte dei principi attivi dei metaboliti secondari delle piante viene prodotta perché la pianta si difenda, ad esempio la nicotina. La pianta le usa perché un insetto arriva sulla foglia dove è presente questo composto amaro, morde la foglia, sente il sapore e l'insetto non ritorna più. Molti metaboliti secondari sono pigmentati dai colori brillanti, come le antocianine che colorano i fiori rossi, gialli e blu. Questi attraggono gli agenti impollinatori e i dispersori di frutta e semi. Queste molecole vengono anche utilizzate dalla chemiotassonomia, cioè un modo per classificare le piante sulla base dei loro metaboliti secondari. Questi hanno interesse in campo farmaceutico, para-farmaceutico (es. dolcificanti come la stevia), alimentare e liquoristico, come insetticidi.

Variabilità dei principi attivi

Le piante producono un'ampia variabilità di principi attivi, da ciò ne consegue la variabilità nell'attività di una droga vegetale. Questa variazione del contenuto in principi attivi è dovuta a:

• Fattori naturali: endogeni ed esogeni
• Fattori artificiali (legati alla raccolta, preparazione, conservazione, alterazione)

Fattori endogeni ed esogeni

I fattori endogeni a loro volta si dividono in:

• Non genetici (età, stadio di sviluppo)
• Genetici (selezione, ibridazione, mutazione, poliploidia)

Il contenuto in principi attivi varia a seconda del periodo del ciclo vitale delle piante (giovanile, maturo, senescente). Dobbiamo parlare a tal proposito del tempo balsamico: tempo o periodo dell'anno, del mese o giorno entro il quale è opportuno effettuare la raccolta della droga. È il tempo opportuno perché in genere per le piante officinali il tempo balsamico coincide con il periodo in cui è massimo il contenuto in principi attivi. Per le specie alimentari invece il tempo balsamico coincide con il massimo sviluppo della pianta.

Mutazione e poliploidia

Una mutazione è un evento fisico o chimico che altera stabilmente il genoma di un organismo vivente. La mutazione, che può essere spontanea o artificialmente indotta ad esempio da radiazioni ionizzanti ecc., può determinare la perdita o la comparsa di un carattere. Un altro esempio molto utilizzato nell'ambito delle specie vegetali è la poliploidia ossia l'aumento del numero di cromosomi come risultato di un'anomalia della divisione cellulare. Es. piante giganti, piante resistenti al clima. Si ha naturalmente o per induzione con colchicina o con calore ad altri agenti chimici.

Si ha poliploidia quando, in uno stesso nucleo cellulare, l'intero assetto cromosomico aumenta con un uguale incremento numerico di tutti i cromosomi. Se si indica con n il numero cromosomico di un gamete e con 2n quello di tutte le cellule somatiche di un individuo normale, si chiama triploide un individuo 3n, tetraploide, pentaploide, esaploide e così via un individuo con 4n, 5n, 6n, ecc.

Ibridazione

Ibridazione: possiamo indurla e implica l'incrocio di individui geneticamente differenti per andare a produrre una progenie ibrida. Possiamo arrivare ad un aumento dei caratteri morfologici e biochimici di interesse pratico. L'ibridazione interspecifica riguarda l'incrocio tra specie tassonomicamente distinte, da cui, tra gli altri prodotti della segregazione, deriva un esemplare che ne mantiene le caratteristiche migliori e perciò viene coltivato.

Fattori esogeni e artificiali

I fattori esogeni sono meglio controllabili e sono: clima, luce, altitudine, latitudine, suolo, temperatura e fattori biotici. Questi sono fattori essenziali per la nutrizione e la crescita della pianta.

Latitudine e clima

Latitudine: piante con maggiore contenuto di grassi sono coltivate ai tropici (cacao). Predominanza di grassi insaturi per piante coltivate in ambiente sub-tropicale (olio e acidi oleici).

Clima:

• Fotosintesi: si basa sulla disponibilità, intensità e qualità della luce
• Fotoperiodo: durata delle ore di luce, dell'intensità e del tipo di luce, determina anche il periodo di fioritura

Composizione del terreno e fattori biotici

Composizione del terreno: la natura chimico-fisica del terreno gioca un ruolo essenziale sull'accrescimento e sulle funzioni dell'organismo vegetale, determinando la distribuzione di ioni inorganici, acqua, aria e humus nell'ambiente a diretto contatto con l'apparato radicale assorbente. Per esempio, la salvia ed altre piante ad oli essenziali trovano il substrato ideale nei terreni sabbiosi.

Fattori biotici: gli organismi viventi esercitano costantemente gli uni sugli altri un'influenza benefica o dannosa. I fattori biotici rappresentano appunto nel loro complesso l'interazione della vita vegetale, animale ed umana in un determinato ambiente; interazione che si svolge attraverso l'eliminazione dei prodotti metabolici, rifiuti, detriti e trasformazioni di questi ad opera della flora del terreno. Quando differenti piante crescono le une accanto alle altre, può verificarsi una reciproca influenza sulla germinazione dei semi, sull'accrescimento, sullo sviluppo delle foglie, sulla maturazione dei frutti. Sono però anche noti effetti esercitati sul contenuto in principi attivi.

Fattori artificiali e controllo di qualità

Fattori artificiali: alterazioni dovute a reazioni indesiderate come ossidazione lipidica, imbrunimento, deterioramento dell'aroma, denaturazione delle proteine, degradazione di pigmenti e vitamine.

Controllo di qualità delle droghe vegetali: insieme dei processi necessari per valutare le caratteristiche botaniche, fitochimiche, farmaco-tossicologiche del prodotto e accertarne la corrispondenza agli standard di riferimento.

Quali sono i principali passi che vengono realizzati per valutare la qualità di una droga vegetale? Si tratta della valutazione di aspetti botanici, della valutazione delle proprietà organolettiche, della valutazione della composizione dei principi attivi della nostra droga nonché la purezza.

Aspetti botanici

Aspetti botanici: è il primo step; l'identificazione rappresenta la procedura di autenticazione botanica della droga vegetale e si basa sull'esame morfologico della stessa con riferimento a caratteristiche macroscopiche (distinzione tra droga organizzata, caratterizzata da strutture cellulari definite ed articolate, e droga non organizzata (es. resina, gomma)), caratteristiche microscopiche (verifica della presenza di strutture cellulari e tissutali (es. tessuti vegetali, peli, stomi, vasi) e inclusi cellulari tra cui granuli di amido, cristalli di ossalato di calcio, granuli di polline, caratteristici della droga in esame), esame organolettico e saggi chimici.

Caratteri fisici e proprietà organolettiche

I caratteri fisici di una droga vegetale sono rappresentati da:

• Consistenza
• Struttura e natura della frattura (es. lamellare, breve, fibrosa, granulare, scheggiata)

Nel caso di droghe non organizzate si valutano: solubilità, viscosità, peso specifico, indice di rifrazione, potere rotatorio, spettro di assorbimento.

Proprietà organolettiche: colore, odore, gusto e sapore. Sebbene tali parametri siano soggetti ad interpretazione soggettiva che limita l'oggettività dell'informazione, possono risultare utili per identificare alcuni tipi di piante ed il loro stato di conservazione. Per esempio, l'olio d'oliva è conservato al riparo da fonti di calore/luce, infatti, di solito si conserva in contenitori scuri.

L'odore è una caratteristica peculiare di piante contenenti oli essenziali e principi aromatici (lavanda ecc.). Il sapore consente di discriminare droghe amare (es. china), dolci (es. liquirizia), acri ed irritanti (es. senna).

Componenti caratteristici e saggi di purezza

Componenti caratteristici: altro punto importantissimo è la valutazione della componente chimica della droga vegetale e qui ci rifacciamo al profilo metabolomico e all'analisi quantitativa. Questo è importante perché in molti casi, analizzando la stessa specie, ci ritroviamo davanti la stessa specie ma può variare il contenuto di tali principi attivi.

Saggi di purezza

Saggi di purezza:

• Determinazione delle ceneri totali, ossia il materiale inorganico della matrice vegetale che rimane in crogiolo dopo combustione (550-660 °C), costituito principalmente da carbonati, fosfati, silicati e silice
• Analisi dei contaminanti chimici: metalli pesanti, residui agrochimici, micotossine, residui di radioattivo, residui di solventi organici
• Analisi dei contaminanti biologici: microrganismi, contaminanti di origine animale (es. parassiti come protozoi e nematodi)

Determinazione dell'umidità: importante ai fini di una corretta conservazione delle droghe, poiché un contenuto eccessivo di acqua facilita l'attivazione di processi degradativi enzimatici e la proliferazione di muffe e batteri. La Farmacopea Ufficiale indica come test di riferimento la perdita di peso all'essiccamento. La droga polverizzata è pesata, quindi sottoposta a riscaldamento ad alta temperatura e di nuovo pesata. L'operazione si ripete fino ad ottenere un peso costante del residuo.

Raccolta e conservazione di una droga vegetale

Raccolta di una droga vegetale

In linea massima:

• Radici, rizomi, tuberi e bulbi si raccolgono durante il riposo vegetativo della pianta, nel tardo autunno
• Le cortecce si raccolgono in primavera
• Le foglie si raccolgono in primavera inoltrata, prima che la pianta fiorisca
• Le gemme si raccolgono a inizio primavera, prima che si schiudano
• Le erbe (sommità) si raccolgono prima o durante la fioritura
• I fiori si raccolgono prima che siano completamente sbocciati
• I frutti si raccolgono a completa maturazione
• I semi si raccolgono prima della caduta spontanea

Conservazione di una droga vegetale

Nelle fasi immediatamente successive alla raccolta, andrebbero rispettate precise norme atte a prevenire la formazione di prodotti di degradazione, poiché i processi degradativi che interessano i tessuti vegetali, sia spontanei che indotti, possono interessare anche in modo specifico le sostanze attive. Una volta che la pianta è raccolta, i tessuti, ancora ricchi di acqua, vanno incontro ad intensi fenomeni di lisi cellulare cui seguono degradazione ed ossidazione dei composti organici. Ciò è spesso in relazione a sviluppo di organismi saprofiti ubiquitari che aggrediscono rapidamente la sostanza organica in deperimento. Tale processo è accelerato dall'umidità e dalla temperatura.

Linee guida per la raccolta e l'essiccazione

Al fine di garantire l'assenza sia di sostanze estranee alla piante, con effetti non noti sull'uomo, sia di tossine pericolose, è importante che al momento della raccolta vengano rispettati alcuni criteri:

• Tra la raccolta vera e propria e l'essiccazione deve passare il minor tempo possibile.
• La coltura al momento della raccolta deve essere asciutta e possibilmente non irrigata nella settimana precedente.
• Le piante devono essere raccolte rispettandone al massimo l'integrità.
• Devono essere evitate manipolazioni violente, agendo sull'assetto e la velocità delle macchine operatrici, in modo che le piante non subiscano rotture e macerazioni.

Il processo di essiccazione deve avvenire con modalità, tempi e temperature che portino ad una rapida perdita di acqua con il minimo di alterazione.