Esteroides cardiotónicos

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

ESTEROIDES CARDIOTONICOS

GLICOSIDOS CARDIOTONICOS

Los glicósidos cardiotónicos son sustancias constituidas de una porción esteroide, una porción glicosídica y un anillo de ¡-lactona a,ß-insaturada o d-lactona-a,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 CARDENOLIDOS, con anillo de ¡-lactona, y los BUFANOLIDOS O ESCILANOLIDOS, con anillo de dlactona. La figura 24 muestra la estructura estereoquímica general de ambas clases de sustancias. O O

RO Figura 24. Estructura general de cardiotónicos (R=H, aglicona ; R=Gli, Glicósido) BIOSINTESIS 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-a,ß-insaturado. Posteriormente ocurre la glicosilación.

1 Lindemann, P., Luckner, M., PHYTOCHEMISTRY 46 (3) 507 (1997).

Alejandro Martínez M., 2002


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Figura 25.Biogénesis de cardenólidos

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DISTRIBUCION 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 anticancerígeno2. ENSAYOS DE RECONOCIMIENTO 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, LRhamnosa y desoxiazúcares. Estos últimos pueden reconocerse mediante el ensayo de Keller-Kiliani. HIDROLISIS Los glicósidos cardiotónicos se hidrolizan facilmente en soluciones acidas liberando la sapogenina y los carbohidratos ligados. En medio alcalino, ademas 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. HECHOS ESTRUCTURALES Los cardiotónicos naturales en su gran mayoría, poseen: -un anillo lactónico a,ß-insaturado en posición 17ß -un grupo hidroxilo o glicosilo en posición 3ß -un grupohidroxilo 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 practicamente restringida a estas sustancias naturales. La Figura 27 muestra algunos ejemplos de cardiotónicos naturales y desoxiazúcares mas comunes.



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Figura 27. Algunos ejemplos de cardiotónicos y desoxiazúcares naturales EXTRACCION Y AISLAMIENTO 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 acida seguida de partición con un solvente organico (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 ehidrólisis acida, las geninas pueden analizarse y separarse por HPLC-fase reversa4,5,6,7; mientras que los carbohidratos ligados pueden analizarse por cromatografía en papel eluyendo con la mezcla Butanol/Acido Acético/Agua 4:1:58. 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 Infrarrojo10 Los cardiotónicos ademas de las bandas características de la funcionalidad esteroide, presentan bandas de absorción características del grupo carbonilo lactónico a,ß-insaturado alrededor de 1715-1745 cm-1. b. Espectroscopia Ultravioleta El cromóforo g-lactona a,ß-insaturada muestra un maximo de absorción alrededor de 215-220 nm11.
3. J. CHROMATOG. 4. CHEM. PHARM. BULL. 5. J. CHROMATOG. 6Abe, F.; Yamauchi, T.; Minato, K.; PHYTOCHEMISTRY 42(1) 45-49 (1996). 7Tor, E. R. y col., J. AGRIC. FOOD. CHEM. 44, 2716 (1996). 8. CHEM. PHARM. BULL. 9Wolfender, J-L., y col.; J. CHROMATOG. A 712, 155-168 (1995). 10 Begum, S., y col., PHYTOCHEMISTRY 50, 435-438 (1999).

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c. Espectrometría de masas Los espectros de masas de impactoelectrónico (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. Ademas se observa la pérdida de CO2 (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 maritima13.

11 Begum, S., y col., PHYTOCHEMISTRY 50, 435-438 (1999). 12Budzikiewicz et al., 'Mass Spectrometry of Natural Products', Vol. II: Steroids; Holden-Day, San Francisco, 1964. 13Krenn, L. et al.; J. NAT. PROD.

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O O H

R

O O b

a R

a

O O

CH2 m/z 111

+

R

[M-CO2]+

Figura 28. Mecanismo de formación de los fragmentos m/z 111 y M-44, característicos de cardenólidos

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O O m/z 415 OH

OH (L)Ramnosil O

OH

m/z 561 (M-H)Figura 29. Esquema de fragmentos FAB del 9-hidroxiescilifaeósido

d. Espectrometría RMN14 Los cardenólidos se reconocen por RMN-1H por las señales del protón 3a (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-13C se observan las señales características en d 74 (C-3), 64 (C-14 hidroxilado), 36 (C-21), 96 (C-22) (C-20) y 214 (C-23)16. Los bufanólidos se reconocen por RMN-1H por las señales del protón 3a (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-13C se observan las señales características en d 76 (C-3), 16-20 (C-18 y C-19), 119-125 (C-20), 150 (C-21 y C22), 112-116 (C-23) y 165 (C-24)17 .

14 Begum, S., y col., PHYTOCHEMISTRY 50, 435-438 (1999). 15Abdel-Azim, N. S.; et al PHYTOCHEMISTRY 42(2) 523 (1996). 16PHYTOCHEMISTRY 28, 1203 (1989). 17Kopp, B. et al.; PHYTOCHEMISTRY 42(2) 513 (1996). 18Krenn, L. et al.; J. NAT. PROD.

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Los desoxiazúcares presentes en los glicósidos cardiotónicos presentan espectros RMN característicos19. VALORACION EN PRODUCTOS FARMACEUTICOS La mejor técnica para valorar los glicósidos cardiotónicos en extractos vegetales y productos farmacéuticos es HPLC20 . Otros 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 enzimaticos 23. ACCION FARMACOLOGICA Y RELACION ESTRUCTURA-ACTIVIDAD Los cardiotónicos tienen acción inotrópica positiva, es decir, incrementan las fuerzas de contracción del músculo cardíaco. Por otro lado, las hojas de digitaltienen 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 ademas del ciclo lactónico a,ß-insaturado, que: -la configuración sea 14ß,3ß,17ß -configuración A/B cis Ademas, 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 mas activos que los que los ligan a través de uniones 1®6 y 1®224. Los hidroindenos son productos de síntesis que sirven de plantilla para producir agentes inotrópicos25.

19Pauli, G.; J. NAT. PROD. 20PLANTA MED. 45, 207 (1982). 21J. CHROMATOG. 22Abdel-Azim, N. S.; et al PHYTOCHEMISTRY 42(2) 523 (1996). 23PLANTA MED. 45, 207 (1982). 24 Takechi, M. y col., PLANTA MED. 64 (2) 179 (1998). 25 Sevillano, L. G., y col., METHODS FIND. EXP. CLIN. PHARMACOL. 1999 (Suppl. A): 135.

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PRINCIPALES DROGAS VEGETALES QUE CONTIENEN CARDIOTONICOS Hojas de digital La droga la constituyen las hojas desecadas de Digitalis purpurea (Fam. escrofulariacea). Esta planta es cultivada en Europa, pero en nuestro país es mas 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 autopistaMedellín-Bogota 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
O

O

OH

CH OH
2

OH CH CH
3

O
OH OH

O

O O
OH

3

OH

O

O
OH

O O

OH

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:
O

O

OH CH2OH

O
OH OH

OH CH3

O

O O
OH O

CH3

O
OH

O O

OH

OAc

Lanatósido A

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La especie D. lanata, aunque es originaria de Europa, también se encuentra en nuestro país, específicamente en la sabana de Bogota. Estas drogas vegetales se comercian en Europa bajo nombres comerciales como DigitalinaÔ, CardinatinaÔ, CristalloxinaÔ, DigoxinaÔ, etc. Para el analisis HPLC de esta droga puede consultarse el trabajo de Ikeda y col.26, y este autor también ha reportado el analisis cuantitativo mediante Cromatografía en Capa Fina de Fase Reversa 27. El género Isoplexis fam. Escrofulariaceas contiene cardenólidos similares a los de Digitalis28. 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. Estadroga contiene el glicósido estrofantina

O

O

HO HO HO OH R am n os il(O ) OH

Estrofantina G

Azuceno de la habana Corresponde al Nerium oleander (Fam. Apocinaceas). 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

26Ikeda, Y. y col.; J. NAT. PROD. 27Ikeda, Y. y col.; J. CHROMATOG. 746A 255-260 (1996). 28Schaller, F., Kreiss, W., PLANTA MED. 62 (5) 450 (1996).

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Huq y col., aislaron un cardenólido que ademas de cardiotónico es antibacterial29. Las hojas contienen varios cardenólidos con acción depresora sobre el SNC 30.

O

O

OCOCH3

OH Oleandrosil(O)

Oleandrina Thevetia peruviana Las semillas de esta planta contienen cardiotónicos como el peruvósido:

O

O

O H OH Tevetosil(O)

Peruvósido Lirio de los valles La droga la constituyen las partes aéreas de Convallaria majalis (Fam. liliaceas). Esta contiene varios cardiotónicos, entre ellos la convalatoxina

29 Huq, M. M., y col., FITOTERAPIA 70, 5-9 (1999). 30 Begum, S., y col., PHYTOCHEMISTRY 50, 435-438 (1999).

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O

O

O H OH Ramnosil(Glucosil)O OH Convalatoxina

Bulbo de escila La droga la constituyen los bulbosde Drimia maritima (Fam. liliaceas). Contiene bufanólidos como el escilareno-A el cual produce irritación gastrica la que a su vez induce la secreción de los bronquiolos, por lo cual se usa como expectorante. O O

OH Glucosil(Glucosil)Ramnosil(O)

Escilareno-A

Heléboro negro Corresponde al Helleborus niger (Fam. Ranunculaceas).

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O O

O H OH (Glucosil)Ramnosil(O) OH Heleborina Otras referencias recientes: Glicósidos cardiotónicos31 Especies relacionadas existentes en Colombia32 La Digitalis purpúrea se introdujo antes de 1850 a Bogota 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 climaticos 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 apocinacea: Rauwolfia tetraphylla, de la cual se obtiene también un alcaloide hipotensor.