Química y medicina en la naturaleza

Leandro García Morales »

Históricamente, el ser humano siempre ha buscado soluciones a sus problemas. Estas han sido más o menos ingeniosas dependiendo de la época y de los conocimientos. Con los problemas de la salud, el ser humano ha buscado igualmente soluciones, aprovechando todo lo que la madre tierra le ha podido proporcionar.

Primero por prueba-error y posteriormente por investigación, el ser humano ha aprendido a utilizar aquellas sustancias naturales que alivian el dolor, curan enfermedades o calman la tos. Pero estas soluciones no siempre son inocuas:

Se podría definir como tóxica toda aquella substancia que, una vez introducida en el organismo, ocasiona la muerte u otros trastornos funcionales. Ahora bien, la toxicidad, como condición o carácter tóxico, depende de la cantidad de sustancia introducida en el organismo. De ello podemos deducir que cualquier sustancia en exceso sería potencialmente tóxica.

Los tiempos cambian y la ciencia avanza, y lo que antes se extraía de la naturaleza, ahora se sintetiza en un laboratorio al conocer su fórmula, estructura, enlaces y configuración electrónica.

El abanico es amplio, así que nos centraremos en tan solo unos pocos extractos naturales. Para empezar observaremos una planta muy importante: el opio.

Opio

El opio contiene unos 25 principios activos, de los cuales 3 se han utilizado o se siguen utilizando en medicina: la morfina, la codeína y la papaverina. Estos principios activos aún se siguen extrayendo de la planta del opio o adormidera, como también se la conoce, y sus usos van desde la anestesia y analgesia hasta la vasodilatación. Muy pocos países autorizan el cultivo del opio; entre ellos destacan India, Francia, Turquía o España, concentrándose, en este último, la mayor parte de los cultivos en el sur de la Península.

Como remedio medicinal, o simplemente como droga, se lleva utilizando desde el 3000 a.C e, incluso en algunas civilizaciones, se veía como algo natural el consumo de dicha planta y sus derivados.

La morfina es un alcaloide del opio. (Los alcaloides son metabolitos secundarios de ciertas plantas, siendo sintetizadas a partir de aminoácidos. Serán compuestos nitrogenados que como norma general serán solubles en agua a pH ácido y solubles en solventes orgánicos a pH básico. Tienen efectos psicoactivos y son, principalmente, utilizados en psiquiatría y como depresores del sistema nervioso central). La fórmula molecular de la morfina es C₁₇H₁₉NO₃ y su nomenclatura IUPAC es (5α, 6α)-didehidro-4,5-epoxi-17-metilmorfinan-3,6-diol , pero la forma sulfatada es la que se administra normalmente: (C₁₇H₁₉NO₃)₂ H₂SO4·5H₂0, dado que la extracción del principio activo se realiza con ácido sulfúrico.

La morfina se utiliza, principalmente, como analgésico para dolores agudos producidos por el infarto de miocardio o el cáncer y también se utiliza en tratamientos paliativos de enfermedades terminales. La morfina se metaboliza casi en un 100% en el hígado, aunque también lo hace en el cerebro y en los riñones. Cuando se metaboliza se generan los metabolitos 3-glucorónido, 6-glucorónido:

Cuando hay una dosis excesiva, que no necesariamente sobredosis, de morfina, el metabolito 3-glucorónido contrapone los efectos de la morfina, lo que se cree que es el causante de la tolerancia, y por extensión, la dependencia, a la morfina. Por el contrario el 6-glucorónido tiene un efecto más potente que la morfina.

Estos metabolitos son eliminados principalmente por vía urinaria a las 24 horas de la administración de la morfina, mientras que el resto se elimina por las heces. En la gente con insuficiencia renal puede causar un alto grado de toxicidad, por lo que la medicación ha de ser más vigilada que en un paciente sin insuficiencia.

Otro de los principios activos del opio es la codeína, un calmante más débil que la morfina debido a que es metil-morfina (5α,6α)-7,8-didehidro-4,5-epoxi-
3-metoxi- 17-metilmorfinan- 6-ol (también llamada a veces pro-morfina) y que, tras los procesos de desmetilación (proceso por el cual se desprenden los radicales metilo de la codeína) que se llevan a cabo en el hígado, se convierte en morfina. Al pasar este proceso, y dada la baja velocidad del mismo, su acción es más débil que el de la morfina, por lo que es más útil para tratar dolores moderados y tiene un menor grado de adicción.

Otro opioide utilizado en medicina, pero totalmente diferente a los anteriores mentados, es la papaverina (1-(3,4-dimetoxibencil)-6,7-dimetoxi-isoquinolina). Se utiliza principalmente como vasodilatador y tiene efecto sobre el corazón, los vasos sanguíneos y otros músculos lisos. Estas características la hacen adecuada para el tratamiento de las enfermedades cerebro-vasculares. No tiene efecto narcótico ni crea dependencias y, aunque no hay muchas evidencias, se utiliza para el tratamiento de la disfunción eréctil. Se metaboliza principalmente en el hígado y se excreta vía urinaria.

Heroína

El hombre, al avanzar intelectual y científicamente, ha conseguido sintetizar derivados que en principio ha usado como medicina, pero que dados sus efectos tóxicos o sus efectos secundarios fueron eliminados como tales, aunque sigan siendo utilizados como drogas. Este es el caso de la heroína o diacetil-morfina.

Droga de abuso por excelencia hasta no hace muchos años, fue sintetizada por primera vez entre finales del siglo XIX y principios del XX y utilizada como medicamento contra la tos y calmante. Heinrich Dreser fue quien aisló el clorhidrato de morfina y, por el mismo proceso de acetilación por el cual obtuvo el ácido acetilsalicílico, obtuvo la di acetil morfina. Este proceso se realizó al ver que el ácido salicílico extraído de la corteza del sauce blanco era eficaz, pero adictivo. Al ver que funcionaba con el ácido salicílico, el cual comercializó con el nombre de aspirina; lo probó con la morfina, la cual tenía el mismo problema. También se comercializó el resultado de la acetilación de la morfina, y se llamó heroína.

No hace falta decir que fue peor el remedio que la enfermedad, ya que resulta que es considerada la droga de abuso más adictiva en la actualidad. En 1994 el Consejo Económico de las Naciones Unidas aconsejó a los países que prohibieran su obtención, exportación e importación.

Cocaína

Otra planta importante en la historia de algunos pueblos de América Central y del Sur es la erythroxylon coca, o planta de Coca de la cual se extrae la cocaína (C₁₇H₂₁NO₄). Se cultiva desde Colombia hasta Perú, pero cualquiera de sus 200 especies puede crecer de manera silvestre. Es una planta que requiere humedad y temperaturas elevadas y suelos ricos en nitrógeno, que se puede obtener cultivando leguminosas.

La planta se consume masticada, cruda o bien en forma de infusión o “té de coca”, para combatir la enfermedad comúnmente denominada “mal de las alturas”, soroche o mal de montaña.

La cocaína es tan solo uno de los 14 alcaloides que contiene la planta. Los demás alcaloides tienen diferentes propiedades en el organismo que van desde la anestesia y la analgesia hasta la regulación de la presión arterial o de la cadencia de oxígeno en sangre (propiedad muy útil para combatir el mal de altura).

Pero como el ser humano es hábil en la obtención de derivados naturales con efectos farmacológicos, en 1858 Albert Niemann (izqda.) aísla la cocaína y se empieza a utilizar como medicamento en el tratamiento de la desintoxicación de heroinómanos y anestesia (en forma de pasta de coca, etc.). Se dice que durante la creación de La interpretación de los sueños, Freud era consumidor de cocaína. Ahora sabemos que tiene una serie de efectos no deseados que van desde la adicción hasta alucinaciones, psicosis, paranoia y disfunciones cardiovasculares. Se elimina vía urinaria, pero puede detectarse en orina hasta 4 días después de su administración.

Ácido acetilsalicílico

Como ya se ha descrito anteriormente, el  también es una obtención por un proceso de acetilación del ácido salicílico extraído de la corteza del sauce blanco.

La corteza del sauce blanco o salix alba ha sido usada para aliviar la fiebre, el dolor y la inflamación desde, al menos, el siglo V a.C, pero es en 1793 cuando tras un informe enviado a la Real Academia de la Ciencia inglesa se decide investigar sobre el principio activo y Johann Buchner, profesor de Farmacia en la universidad de Munich, lo consigue aislar en 1828,

Charles Frédéric Gerhardt, en 1853, fue el primero que sintetizó una forma purificada del ácido acetilsalicílico, la cual fue comercializada por Bayer en 1899 después de que Felix Hoffmann en 1897 la pudiera sintetizar más purificada. Dadas sus propiedades antiinflamatorias y analgésicas para tratar la fiebre es uno de los medicamentos más utilizados en el mundo.

Industrialmente el ácido salicílico se obtiene mediante la reacción de Kolbe, a partir de dióxido de carbono y fenóxido de sodio para después liberar el ácido salicílico de la sal resultante mediante la adición de un ácido fuerte. Una vez se ha separado el ácido salicílico se procede a su acetialción (esterificación) dando como resultado ácido acetilsalicílico y ácido acético.

Un dato curioso es que, a nivel mundial, diariamente se calcula que se consumen unos 100 millones de aspirinas.

Quinina

Otro extracto natural, médicamente importante, es la quinina (C₂0H₂₄N₂O).Extraída de la corteza del quino, un árbol nativo de Sudamérica que crece entre los 800 metros hasta los 3000 metros sobre el nivel del mar; además era utilizada por los nativos como medicina. Este medicamento llegó a Europa debido a la conquista de América, aunque no directamente. La condesa de Chinchón, en el siglo XVII cayó enferma de fiebres mientras residía en Lima, capital de Perú. Fue tratada con quinina y sanada de las fiebres, tras lo cual se popularizó su uso como remedio para las fiebres tropicales.

Ahora sabemos que la quinina es sensible a la luz porque se degrada, así que es habitual ver los comprimidos en frascos de cristal tintado o plástico opaco. También sabemos que la quinina se puede sintetizar en un laboratorio, pero es costoso en relación al coste de extracción y purificación de la corteza, por lo que este método se sigue utilizando hoy en día. La quinina también se usa para potenciar el sabor de la tónica (como se hace con la vainilla en el chocolate) lo que le da ese sabor amargo; como anécdota, el ejército británico se veía asaltado por diferentes enfermedades en la India, de las cuales la malaria era una de ellas, así que usaban el agua tónica como medicamento, a la cual le añadían ginebra para que le quitara el característico sabor amargo de la quinina, y así nació el gin-tonic. También se dice que le ponían lima para combatir el escorbuto.

Actualmente la quinina es el único medicamento útil para tratar la malaria, y es usado como medicamento para tratar diferentes enfermedades de origen nervioso, como calambres, y también usado de manera profiláctica.

Se considera teratógeno desde 1969, además una dosis excesiva puede afectar al feto en las embarazadas, diferentes anomalías cardíacas o resultar mortal. Es por ello que la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos limitó su concentración a 83 ppm.

El metabolismo es hepático y su excreción es por vía urinaria y en menor grado por las heces.

Penicilina

Por último hablaremos de la penicilina (C₁₆H₁₈N₂O₄S, ácido 4-tia-1-aza biciclo (3.2.0) heptano-2-carboxílico, 3,3-dimetil-7-oxo-6-((fenilacetil) amino)- (2S-(2alfa, 5alfa, 6beta)). Su origen no es vegetal, sino que procede de un hongo, y es sumamente importante para la medicina,. Desde hace muchísimo tiempo, las culturas antiguas han utilizado las propiedades de algunos hongos y mohos para tratar heridas de guerra, lesiones e infecciones.

Su descubrimiento se atribuye a Alexander Fleming en 1928, quien lo descubrió en el hospital de St Mary, donde trabajaba, al percatarse de que una placa de cultivo no estéril contenía una contaminación que evitaba el crecimiento celular a su alrededor en forma de halo. El descubrimiento quedó en segundo plano hasta que en 1938 Ernest Chain completó los estudios realizados existentes. En 1941 se trató al primer paciente y el 1943 empezó la comercialización del medicamento.

Se trata de compuestos ácidos muy fuertes, por lo que se encuentran en el mercado en su forma salina. El hongo da varios tipos de penicilinas variando la cadena del grupo amino. La penicilina G es la que descubrió Fleming y la que más ampliamente se ha usado en medicina, y aunque son los antibióticos menos tóxicos, es habitual que se presenten alergias.

Dada la labilidad de la penicilina G con los pH ácidos, no puede ser administrada vía oral porque la molécula se descompondría, por lo que han sido sintetizadas diferentes variedades de penicilinas sintéticas para cubrir al máximo el espectro de acción. Pero esto también ha llevado a un abuso del consumo de estos productos en la sociedad actual, dándose casos de tolerancias e infecciones graves.

Aunque no se sabe con exactitud el mecanismo de acción de la penicilina, se sabe que actúa rompiendo la membrana celular de las bacterias que están en proceso de mitosis. Se excreta por la orina.

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Más información

Libros::

• Química general moderna, Ed. Marín (1997), Barbor-Ibarz
• Diccionario de la química y productos químicos, Ed. Omega (1997), Gessner G. Hawley
• Anécdotas de la química, Ed. Omega, Varios autores

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