1a. Aula - Metilxantinas

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METILXANTINASMETILXANTINAS

FARMACOGNOSIA IIFARMACOGNOSIA II

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• Introdução:• Metilxantinas são constituintes químicos importantes de

várias bebidas alimentícias ou estimulantes não alcoólicas, como café, chá-da-índia, guaraná, cola e chocolate consumidas em todo mundo, sejam como preparações caseiras ou produtos industrializados, com grande importância econômica e cultural. As mais abundantes são a cafeína, a teofilina e a teobromina (figura 1). A cafeína e a teofilina têm grande aplicação farmacêutica. A cafeína é obtida de fontes vegetais, principalmente do café. A teofilina é encontrada em pequenas quantidades no reino vegetal, sendo obtida principalmente por síntese total. Também foi relatada a presença de paraxantina (figura 1), um dos principais metabólitos ativos da cafeína no homem, em cultura de células in vitro e em indivíduos jovens de café.



• Em função de sua origem biogenética, não sendo originárias de aminoácidos, mas de bases púricas, e de seu caráter anfótero, pois podem se comportar como ácidos ou bases, as metilxantinas são geralmente classificadas como pseudo-alcalóides. Mas, devido à sua atividade biológica marcante, distribuição restrita e presença de nitrogênio heterocíclico, muitos autores classificam as Metilxantinas como alcalóides verdadeiros, denominados alcalóides purínicos.



N

NN

NO

O

R1

R2

R3

Figura 1 - Principais metil-xantina. Cafeína: 1,3,7-trimetil-xantina; Teobromina: 3,7-dimetil-xantina; Teofilina: 1,3-dimetil-xantina; para-xantina: 1,7-dimetil-xantina.



• HISTÓRICO:• Bebidas contendo metilxantinas são consumidas desde tempos

remotos,datando provavelmente da era paleolítica. A mais antiga delas parece ser o chá-da-índia, cuja primeira menção documentada de uso é atribuída ao imperador chinês Shen Nung, em 2.737 a.C. O primeiro relato escrito do uso de café data do século X, utilizado como bebida quente da Arábia, por volta de 1.000 d.C. Porém, este vegetal é cultivado na Etiópia desde 575 d.C., onde foi inicialmente utilizado triturado como gordura, como alimento e a partir da fermentação dos frutos, como vinho. O cacau também tem uma longa história. Uma bebida doce considerada presente dos deuses e obtida a partir de fermentação, denominada chocolate, foi oferecida pelo imperador asteca Montezuma aos conquistadores espanhóis em 1.519. Esta bebida foi introduzida na Europa, onde se popularizou e, em 1.876, passou a ser produzida com leite na Suíça, de onde se originaram as mais variadas formas, consumidas e apreciadas mundialmente.



• O início do conhecimento científico das xantinas data de 1.776, quando Carl Wiilhelm von Scheele isolou o ácido úrico de cálculos biliares e da urina humana. Mais de 100 anos depois, em 1.884, E. Fischer sugeriu que o ácido úrico e substâncias quimicamente similares poderiam ser denominadas “purinas”, incluindo muitos compostos biologicamente ativos, como adenosina e Metilxantinas. A cafeína foi primeiramente isolada dos grãos do café por F. Runge, em 1.820. Alguns anos depois, uma substância idêntica foi isolada das folhas do chá-da-índia por Ondry e denominada “teína”. A teofilina (“folha divina”) foi isolada por A. Kossel, em 1.888, e a teobromina (“alimento divino”) foi isolada das sementes do cacau por Woskresensky, em 1.842. A estrutura destas Metilxantinas foi elucidada em 1.897, por E. Fischer. A paraxantina foi isolada da urina humana por Salomon, em 1.883.

• Em 1.895, E. Fischer desenvolveu um método para a síntese da cafeína e da teofilina. Este método não se mostrou adequado para a síntese de outros derivados e, em 1.900, W. Traube introduziu um método mais versátil, que ainda é utilizado atualmente.



• BIOGÊNESE:• Os precursores biogenéticos das metilxantinas podem ser bases

púricas livres, como hipoxantina, adenina, guanina, e também nucleosídeos. A adenina parece ser o precursor mais importante. A purina contém o anel de seis membros da pirimidina fundido com o anel de cinco membros do imidazol e é bastante rara no reino vegetal, sendo mais comumente encontrados os derivados metilados da 2,6-dioxipurina, as metilxantinas. No reino animal, os derivados da purina são resultantes da quebra de ácidos nucleicos ou via biossíntese “de novo”. Em vegetais superiores, o metabolismo das purinas tem sido principalmente estudado no chá-da-índia e café. Nestes vegetais, o anel purina é sintetizado, a partir de IMP (ácido inosínico ou monofosfato de inosina), pela rota da biossíntese “de novo”, apresentada pela figura 2. A cafeína é sintetizada a partir da xantosina, via 7-metilxantosina, 7-metilxantina e teobromina e o grupamento doador de metilas é a S-adenosilmetionina (SAM). A metilxantina não serve como precursor direto para a cafeína, sendo catabolizada pela rota convencional de degradação das purinas, via ácido úrico.


N

NN

N

NH2

Ribose-S-P

AMP-desaminase

N

NHN

N

O

Ribose-S-P

IMP-desidrogenase

NH

NHN

N

O

O

Ribose-S-P

xantosina monofosfato XMP

5 NT

N

NHN

N

O

Ribose-S-P

NH2

AMP GMP

N

NHN

N

O

NH2

Ribose

IMP

Guanosina

5'-nucleotidase 5 NT

guanosina desaminase

NH

NHN

N

O

O

Ribose

N

NHN

N

O

Ribose-S-P

IMP

NH

NHN

N

O

O

Ribose-S-PXMP

5 NT

Xantosina

NH

NHN

N

O

O

RiboseNH

NHNH

N

O

O

XantosinaXantina

NH

NHN

+

N

O

O

Ribose

CH3

NH

NHNH

NH

O

O

O

7-Metil-xantosinaÁcido úrico

N-metil-transferase (NMT)



NH

NHN

N

O

O

CH3

D-ribose

7-metil-xantina

SAM

SAH

N

NHN

N

O

O

CH3

CH3

Teobromina

NMT

N

NN

N

O

O

CH3

CH3

CH3

Cafeína

NH

NH

NH

NH2

OO

O

Alantoína

NH NH

NH2

OO

OOHNH2

Ácido alantóico + CO2 + NH3

Figura 2 - Rotas biossintéticas sugeridas para a cafeína nos gêneros Coffea e Camellia.



• DISTRIBUIÇÃO E PAPEL FISIOLÓGICO:• As metilxantinas ocorrem em famílias não

filogeneticamente relacionadas, com distribuição restrita principalmente a regiões tropicais e subtropicais. Mais raramente, ocorrem em zonas temperadas, como China e Japão. Aproximadamente 60 espécies vegetais, distribuídas especialmente nos gêneros Coffea (Rubiaceae), Cola e Theobroma (Sterculiaceae), Paullinia (Sapindaceae), Ilex (Aquifoliaceae) e Camellia (Theaceae = Ternstroemiaceae) contém Metilxantinas.



• Nos vegetais, as metilxantinas estão envolvidas no metabolismo do nitrogênio e do carbono, participando de reações de transmetilação-desmetilação. O estágio de desenvolvimento, as alterações sazonais e outros fatores ambientais, bem como métodos agronômicos influenciam os teores de metilxantinas. Os teores de cafeína no chá-da-índia, por exemplo, aumentam com o crescimento do vegetal e a utilização de fertilizantes nitrogenados.



• As metilxantinas podem ter significado ecológico para as plantas que as produzem, influenciando a relação entre os organismos e favorecendo a adaptação do vegetal a ambientes desfavoráveis. Porém, estes papéis devem ser individualmente avaliados, pois podem diferir de vegetal para vegetal, ou mesmo em tecidos do mesmo vegetal. Por exemplo, nas folhas de chá-da-índia (Camellia ssp.) a cafeína está envolvida no metabolismo ativo, mas nas flores e frutos secos, a cafeína parece ser um produto final e inerte do metabolismo da planta. Nas sementes, ao contrário do que se poderia esperar, as purinas não possuem um papel nutritivo como reserva de nitrogênio, mas são alelopáticas e autotóxicas.



• PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS:• As hidroxipurinas, como o ácido úrico, ocorrem

em formas tautoméricas lactima a lactama, apresentando caráter anfótero, podendo, portanto, se comportar como ácidos ou bases fracas (figura 3). Entre as metilxantinas também ocorre este equilíbrio, exceto para a cafeína, que é trimetilada e, assim, não pode formar enóis (lactima) e apresenta um caráter básico mais pronunciado, em relação às dimetil-xantinas.



N

NN

NOH

OH

H

OH

NH

NHN

NH

O

O

H

O

lactima lactama

Figura 3 - Formas tautoméricas do ácido úrico.



• As metilxantinas são solúveis em água e soluções aquosas ácidas a quente e etanol a quente, solventes orgânicos clorados e soluções alcalinas. Para as soluções alcalinas é preferível a utilização de hidróxido de amônio, pois os hidróxidos alcalinos decompõem as metilxantinas com liberação de gás carbônico e amoníaco.

• Cafeína, teofilina e teobromina podem ser diferenciadas em função de sua solubilidade, temperatura de sublimação e faixa de fusão dos respectivos sublimados.



• MÉTODOS DE EXTRAÇÃO:• As metilxantinas são extraídas por solventes

clorados em meio amoniacal ou por solventes clorados diretamente de suas soluções aquosas ácidas, pois são bases muito fracas e seus sais dissociam-se muito facilmente em água. Para obtenção de maior grau de pureza, utiliza-se o método clássico para a extração de alcalóides. Também podem ser extraídas diretamente através de métodos de sublimação e de extração com fluido supercrítico.



Metilxantinas Solubilidade Sublimação Faixa de fusão

Cafeína Água fria (1/100) e quente, etanol; clorofórmio; éter etílico; tetracloreto de

carbono.

Cristais prismáticos 178 – 180 ° C.

235 – 237,5 ° C

Teofilina Água fervente e soluções alcalinas. Levemente solúvel em água fria, etanol e

clorofórmio.

Funde sem

sublimar. 269 – 274 ° C.

Teobromina Soluções ácidas ou alcalinas. Levemente solúvel em água fria ou fervente e em etanol.

Cristais aciculares pequenos 290 – 295 ° C.

350 ° C.



• CARACTERIZAÇÃO E DOSEAMENTO:• As metilxantinas em soluções diluídas não são

precipitadas pelo reativo de Mayer, mas precipitam com taninos, com o reativo de Dragendorff ou com soluções de iodo/iodeto em meio ácido. A principal reação de caracterização é denominada “reação de murexida”. O nome murexida vem de Murex, uma lesma do mar que contém uma matéria corante púrpura. O fundamento desta reação baseia-se numa cisão oxidativa em aloxano e ácido dialúrico e posterior formação de um complexo amoniacal, purpurato de amônia, de cor violácea (figura 4).


N

NN

NO

O

R1

R2

R3

[O]

Aquec. HNO3

ou H2O2 ou HBrN

N

O O

O

O

R1

R2

xantina aloxano

+

NO O

R1

R2

OH

H

HH

a) Cisão oxidativa:

b) Condensação:

N

N

O

O

R1

R2

O N

N

O

O

R1

R2

O

OH

aloxantina

c) aloxantina + NH4OH:

N

N

O

O

R1

R2

O

N

N

N

O

O

R1

R2

O

OH

-

NH4+

Purpurato de amônio

Figura 4 - Reação de murexida.



• A caracterização pode também ser realizada em CCD utilizando-se preferencialmente gel de sílica GF254 impregnada com vapores de amônia e sistema eluente composto de clorofórmio (ou diclorometano) e etanol (ou metanol) até 5%. Outra possibilidade é a utilização de um sistema eluente de ácido como, por exemplo, uma mistura de ácido acético, metanol e acetato de etila (1:1:8 v/v/v), mas com resolução menos satisfatória na separação das três principais metilxantinas. Para revelação, são empregados reveladores a base de iodo em meio ácido e também o princípio da reação de murexida; sob luz ultravioleta, as metilxantinas apresentam extinção de fluorescência.



• Os métodos de doseamento incluem gravimetria, iodometria, espectrofotometria no UV e métodos cromatográficos, como CLAE. A Farmacopéia Brasileira 3ª edição, preconiza o doseamento gravimétrico da cafeína na pasta de guaraná, com adição de carbonato de sódio e óxido de chumbo (pode-se utilizar areia) para deslocamento da cafeína complexada com taninos e outros interferentes no vegetal e posterior extração, com clorofórmio. A Farmacopéia Francesa 10ª edição, preconiza a extração contínua da cafeína com tetracloreto de carbono em meio amoniacal, evaporação do solvente, retomada do resíduo em metanol, evaporação à secura, retomada em água e medida de absorbância em 273 nm.



• Estes dois métodos apresentam como vantagem a relativa simplicidade e baixo custo, mas pouca precisão e elevado potencial de risco, visto a toxicidade do solvente empregado. As metilxantinas também podem ser caracterizadas, separadas e quantificadas através da CLAE. Em amostras vegetais, pode-se empregar a quantificação a partir de extratos clorofórmicos amoniacais secos e retomados na fase móvel. Usualmente emprega-se coluna RP-18, fase móvel composta de mistura em proporções variáveis de metanol e água (p. ex. 40:60 v/v; 25:75, v/v) e detecção em 275 nm. Para determinação de cafeína em bebidas estimulantes ou refrigerantes, pode-se empregar como fase móvel um gradiente de bifosfato de sódio 0,02 M (pH 7,0) e metanol.



• PROPRIEDADES FARMACOLÓGICAS E EMPREGO TERAPÊUTICO:

• As metilxantinas apresentam um amplo espectro de atividade farmacológicas, agindo sobre os sistemas nervoso central, cardiovascular, renal e digestivo; sobre o metabolismo de carboidratos e lipídios, estimulando a lipólise entre outros. Os efeitos são qualitativamente semelhantes, mas diferentes quantitativamente e, em função da potência, as diferentes metilxantinas são empregadas com diferentes finalidades terapêuticas. Entre esses efeitos, pode-se destacar:



• sobre o sistema nervoso central: são estimulantes, facilitam a atividade cortical, inibem o sono, diminuem a sensação de fadiga; estimulam os centros respiratórios e vasomotores bulbares, reduzindo a sensibilidade dos quimiorreceptores ao dióxido de carbono; existem controvérsias se esta atividade é mais marcantes para a cafeína ou para a teofilina;

• sobre o sistema cardiovascular: possuem ação inotrópica positiva; aumentam a freqüência e o débitos cardíaco e coronariano. A teofilina possui efeito marcante. A cafeína causa vasoconstrição do sistema vascular cerebral e vasodilatação periférica, agindo também como vasodilatador periférico;



• sobre a musculatura lisa: a teofilina e, menos acentuadamente, a teobromina, induzem um relaxamento não específico da musculatura brônquica, das vias biliares e dos ureteres;

• sobre a musculatura estriada: estimulam a contração, reduzindo a fadiga muscular; este efeito é mais pronunciado para a cafeína;

• sobre a diurese: a teobromina e a teofilina aumentam o débito sangüíneo renal e a filtração glomerular, possuindo uma atividade diurética notável; o efeito é mais duradouro para a teobromina.



• O mecanismo de ação destes fármacos envolve a indução do acúmulo de AMPc, através da inibição da atividade da enzima fosfodiesterase, a mobilização de cálcio intracelular e, principalmente, o bloqueio de receptores de adenosina, especialmente A1 e A2A.

• A farmacocinética das metilxantinas é dependente de vários fatores como idade, peso, tabagismo, regime alimentar, insuficiência hepática e outras condições patológicas, sendo necessária a adoção de uma terapia individualizada. A absorção por via oral é boa. A cafeína, por exemplo, é rápida e completamente absorvida (99%) no trato gastrintestinal e os picos plasmáticos são obtidos em 15 a 45 minutos. O metabolismo é hepático, sendo os principais metabólitos da cafeína no homem a parametil-xantina (70%), a teofilina e a teobromina. A excreção é urinária e o tempo de meia-vida da cafeína está entre 5 a 6 horas.



• A cafeína entra na composição de diversas especialidades analgésicas, antipiréticas e antigripais, associada com ácido acetilsalicílico, paracetamol, codeína, e com diidroergotamina, no alívio ou abortamento de crises de enxaqueca. A sua eficácia em associações com paracetamol e ácido acetilsalicílico destinados ao alívio de dores de cabeça tem sido documentada em vários ensaios clínicos. Além disso, a cafeína, como fármaco isolado, tem sido utilizado como sonolítico, antienxaquecoso, especialmente na enxaqueca resultante de punção lombar, na depressão respiratória em neonatos, na hipotensão pós-prandial e na terapia eletroconvulsiva para aumentar a duração das convulsões. Nos Estados Unidos também é disponível uma formulação farmacêutica injetável para uso como auxiliar às medidas de suporte em casos de intoxicação com depressores do sistema nervoso central, com álcool e analgésicos narcóticos. No entanto, em função de sua ação não duradoura, este uso combinado como analéptico tem sido questionado.



• Bebidas contendo cafeína ou preparados a base de guaraná são amplamente utilizados na medicina popular como estimulantes, tônicos e revigorantes. De fato, a cafeína é considerada a substância psicoativa mais consumida em todo o mundo. Ela apresenta um importante efeito sobre o estado de alerta, e suas propriedades estimulantes parecem também ser mediadas pelo sistema dopaminérgico. Porém, de uma maneira diversa de outros estimulantes, como cocaína e anfetamina, que agem ativando receptores D1 no núcleo accumbens, a cafeína aumenta a transmissão dopaminérgica via receptores D2 e A2A. Existem também evidências experimentais de que a cafeína apresenta propriedades reforçadoras. Mas este efeito é muito mais suave do que aquele observado com outros estimulantes centrais e segue um perfil bifásico: em baixas doses é reforçadora, e em altas doses é adversiva.



• A toxicidade e os efeitos adversos da cafeína têm sido objeto de intensos estudos. A dose letal é estimada em 5 a 10 g para adulto, mas casos de intoxicação fatal são raros, sendo relatados com concentrações plasmáticas acima de 80 μg/mL. Efeitos indesejáveis agudos ocorrem a partir de 1 gr, correspondendo a concentrações plasmáticas de 30 μg/mL. Entre eles, podem-se citar: dores de cabeça, nervosismo, cansaço, excitação, taquicardia, diurese, face vermelha, alterações cognitivas e contração muscular. O consumo de altas doses diárias de cafeína (>600 mg) pode produzir o “cafeinismo”, uma síndrome caracterizada por ansiedade, cansaço e distúrbios do sono. Indivíduos ansiosos ou que sofrem de ataque do pânico são muito mais susceptíveis a estes efeitos. A utilização crônica de cafeína foi associada a afecções cardiovasculares e eventuais efeitos teratogênicos e cancerígeno.



• No entanto, estudos mais recentes e aprofundados não confirmam estas observações. O que pode ocorrer é uma grande correlação entre o consumo da cafeína, tabaco e álcool, podendo os efeitos serem recorrentes desta associação. A administração aguda de cafeína causa elevação da pressão arterial, provavelmente por mecanismos centrais, mas com rápido desenvolvimento de tolerância. O aumento dos níveis de colesterol, anteriormente atribuído ao consumo de cafeína, atualmente tem sido creditado à presença de dois diterpenos – cafestol e caveol – existentes no café. A concentração destas substâncias é consideravelmente reduzida quando a bebida é preparada através de filtração ou percolação, ou a partir de café solúvel. Quando a bebida é preparada por decocção em água ou sob pressão (café expresso), a presença desses diterpenos é mantida e o consumo crônico pode elevar os níveis de colesterol. O efeito cancerígeno também poderia estar relacionado aos hidrocarbonetos formados ao longo do processo de torrefação a que são submetidos todos os farmacógenos produtores de cafeína.



• A cafeína pode produzir síndrome de retirada, quando seu uso prolongado é interrompido abruptamente. Os sintomas iniciam em 12 a 24 horas após a retirada, atingindo um máximo entre 20 a 48 horas e durando aproximadamente uma semana. São eles: dor de cabeça, fadiga, letargia, apatia, tontura, insônia, tensão muscular e nervosismo.



• A quantidade diária de cafeína consumida no mundo é cerca de 50 mg/pessoa/dia e é oriunda basicamente do consumo de bebidas estimulantes. Usualmente, uma xícara (175 ml) da café contém 85 a 115 mg de cafeína; uma xícara de chá-da-índia, 50 mg de cafeína e 1 mg de teofilina; uma xícara de chocolate, 4 mg de cafeína e 250 mg de teobromina; refrigerantes de cola (350 ml), 50 mg de cafeína (50% adicionada). Estes valores médios podem variar, dependendo da forma de preparo das bebidas, procedência e processamento do material vegetal.



• A teofilina é um broncodilatador utilizado para o tratamento da asma e algumas formas espásticas de bronquiopneumopatias obstrutivas, como enfisema e bronquite crônica. Outros usos eventualmente incluem apnéia do sono, apnéia neonatal, isquemia cardíaca em pacientes com angina pectoris estável e como auxiliar no tratamento da respiração de Cheyene-Stokes. A sua ação se deve a dois mecanismos distintos: relaxamento da musculatura brônquica, mediado pela inibição da enzima fosfodiesterase III e IV, e supressão do espasmo brônquico, através de um mecanismo ainda não definido, que não envolve inibição da fosfodiesterase ou antagonismo do receptor adenosina. A teofilina também aumenta a força de contração do diafragma, possivelmente devido a uma elevação do influxo dos íons de cálcio através do canal iônico acoplado ao receptor adenosina. Os principais efeitos colaterais são problemas de sono, excitação, taquicardia, dores abdominais, náuseas, diarréias, hipotensão, dores de cabeça e, em casos de superdosagens, convulsões. É contra-indicada para pacientes com úlcera péptica, distúrbios convulsivos e arritmias cardíacas.

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