Aconitina

La aconitina es una toxina alcaloide producida por varias especies de plantas pertenecientes al género Aconitum (familia Ranunculaceae), conocidas también comúnmente con los nombres de wolfsbane y acónito. Monkshood es conocido por sus propiedades tóxicas. La aconitina también está presente en Yunnan Baiyao, una medicina tradicional china patentada.

Usos

La aconitina se usaba anteriormente como antipirético y analgésico y todavía tiene una aplicación limitada en la medicina herbaria, aunque el estrecho índice terapéutico dificulta el cálculo de la dosis adecuada.

Estructura y reactividad

Los aislados biológicamente activos de las plantas Aconitum y Delphinium se clasifican como alcaloides norditerpenoides, que se subdividen según la presencia o ausencia del carbono C18. La aconitina es un norditerpenoide C19, basado en su presencia de este carbono C18. Es apenas soluble en agua, pero muy soluble en disolventes orgánicos como el cloroformo o el éter dietílico. La aconitina también es soluble en mezclas de alcohol y agua si la concentración de alcohol es lo suficientemente alta.

Al igual que muchos otros alcaloides, el átomo de nitrógeno básico en una de las estructuras anulares de seis miembros de la aconitina puede formar fácilmente sales e iones, lo que le otorga afinidad por las estructuras polares y lipófilas (como las membranas celulares y los receptores) y lo convierte en posibilidad de que la molécula atraviese la barrera hematoencefálica. El grupo acetoxilo en la posición c8 puede reemplazarse fácilmente por un grupo metoxi, calentando aconitina en metanol, para producir derivados de 8-desacetil-8-O-metilo. Si la aconitina se calienta en su estado seco, sufre una pirólisis para formar piroaconitina ((1α,3α,6α,14α,16β)-20-etil-3,13-dihidroxi-1,6,16-trimetoxi-4-(metoximetil)-15-oxoaconitan-14-il benzoato) con la fórmula química C₃₂H₄₃NO₉.

Mecanismo de acción

La aconitina puede interactuar con los canales de iones de sodio dependientes de voltaje, que son proteínas en las membranas celulares de los tejidos excitables, como las neuronas y los músculos cardíacos y esqueléticos. Estas proteínas son altamente selectivas para los iones de sodio. Se abren muy rápidamente para despolarizar el potencial de la membrana celular, provocando el ascenso de un potencial de acción. Normalmente, los canales de sodio se cierran muy rápidamente, pero la despolarización del potencial de membrana provoca la apertura (activación) de los canales de potasio y la salida de potasio, lo que da como resultado la repolarización del potencial de membrana.

La aconitina se une al canal en el sitio de unión de la neurotoxina 2 en la subunidad alfa. Esta unión da como resultado un canal de iones de sodio que permanece abierto por más tiempo. Aconitine suprime el cambio conformacional en el canal de iones de sodio del estado activo al estado inactivo. La membrana permanece despolarizada debido a la entrada constante de sodio (que es 10 a 1000 veces mayor que la salida de potasio). Como resultado, la membrana no se puede repolarizar. La unión de la aconitina al canal también hace que el canal cambie de conformación del estado inactivo al estado activo a un voltaje más negativo. En las neuronas, la aconitina aumenta la permeabilidad de la membrana para los iones de sodio, lo que da como resultado una gran entrada de sodio en la terminal del axón. Como resultado, la membrana se despolariza rápidamente. Debido a la fuerte despolarización, la permeabilidad de la membrana para los iones de potasio aumenta rápidamente, lo que da como resultado un reflujo de potasio para liberar la carga positiva fuera de la célula. No sólo aumenta la permeabilidad a los iones de potasio, sino también la permeabilidad a los iones de calcio como resultado de la despolarización de la membrana. Se produce una entrada de calcio. El aumento de la concentración de calcio en la célula estimula la liberación del neurotransmisor acetilcolina en la hendidura sináptica. La acetilcolina se une a los receptores de acetilcolina en la membrana postsináptica para abrir los canales de sodio allí, generando un nuevo potencial de acción.

La investigación con la preparación del músculo hemidiafragma del nervio de ratón indica que, en concentraciones bajas (<0,1 μM), la aconitina aumenta la liberación de acetilcolina provocada eléctricamente, lo que provoca una tensión muscular inducida. Los potenciales de acción se generan más a menudo a esta concentración. En concentraciones más altas (0.3–3 μM), la aconitina disminuye la liberación de acetilcolina provocada eléctricamente, lo que resulta en una disminución de la tensión muscular. A una concentración alta (0,3–3 μM), los canales de iones de sodio se activan constantemente, se suprime la transmisión de potenciales de acción, lo que lleva a células diana no excitables o parálisis.

Biosíntesis y síntesis total de alcaloides relacionados

La planta del acónito biosintetiza la aconitina a través de la vía de biosíntesis de terpenoides (vía del cloroplasto MEP). Se han aislado e identificado aproximadamente 700 alcaloides diterpenoides C19 naturales, pero la biosíntesis de solo unos pocos de estos alcaloides se conoce bien.

Del mismo modo, en el laboratorio solo se han sintetizado unos pocos alcaloides de la familia de las aconitinas. En particular, a pesar de que han transcurrido más de cien años desde su aislamiento, el miembro prototípico de su familia de alcaloides norditerpenoides, la propia aconitina, representa un raro ejemplo de un producto natural bien conocido que aún no ha sucumbido a los esfuerzos por lograr su síntesis total. El desafío que representa la aconitina para los químicos orgánicos sintéticos se debe tanto al intrincado sistema de anillos hexacíclicos entrelazados que forman su núcleo como a la elaborada colección de grupos funcionales oxigenados en su periferia. Sin embargo, se han preparado sintéticamente un puñado de miembros más simples de los alcaloides de aconitina. En 1971, el grupo Weisner descubrió la síntesis total de talatisamina (un norditerpenoide C19). En los años siguientes, también descubrieron la síntesis total de otros norditerpenoides C19, como la chasmanina y la 13-desoxidelfonina.

Esquemática para las síntesis de Wiesner de Napelline. Deoxydelphonine y Talatisamine

La síntesis total de napellina (Esquema a) comienza con aldehído 100. En un proceso de 7 pasos, se forma el anillo A de la napellina (104). Se necesitan otros 10 pasos para formar el anillo de lactona en la estructura pentacíclica de la napellina (106). 9 pasos adicionales crean el enona-aldehído 107. El calentamiento en metanol con hidróxido de potasio provoca una condensación aldólica para cerrar el sexto y último anillo de la napellina (14). La oxidación luego da lugar a dicetona 108 que se convirtió en (±)-napellina (14) en 10 pasos.

Un proceso similar se demuestra en la síntesis de Wiesner de 13-desoxydelphinone (Esquema c). El primer paso de esta síntesis es la generación de una dienona conjugada 112 a partir de 111 en 4 pasos. A esto le sigue la adición de un éter bencil vinílico para producir 113. En 11 pasos, este compuesto se convierte en cetal 114. La adición de calor, DMSO y o-xileno reorganiza este cetol (115), y después de 5 pasos más (±)-13-desoxydelphinone (15) se forma.

Por último, la talatisamina (Esquema d) se sintetiza a partir del dieno 116 y el nitrilo 117. El primer paso es formar el triciclo 118 en 16 pasos. Después de otros 6 pasos, este compuesto se convierte en enona 120. Posteriormente, se añade este aleno para producir el fotoaducto 121. Este grupo de aductos se escinde y el reordenamiento da lugar al compuesto 122. En 7 pasos, este compuesto forma 123, que luego se reorganiza, de manera similar al compuesto 114, para formar el esqueleto similar a la aconitina en 124. Se completa una síntesis de retransmisión racémica para producir talatisamina (13).

Más recientemente, el laboratorio del difunto David Y. Gin completó la síntesis total de los alcaloides de aconitina nominina y neofinaconitina.

Metabolismo

Aconina: un alcaloides amorfo, amargo, no venenoso, derivado de la descomposición de la aconitina

La aconitina es metabolizada por las isoenzimas del citocromo P450 (CYP). Se realizaron investigaciones en 2011 en China para investigar en profundidad los CYP involucrados en el metabolismo de la aconitina en los microsomas hepáticos humanos. Se ha estimado que más del 90 por ciento del metabolismo de los fármacos humanos disponibles en la actualidad se puede atribuir a ocho enzimas principales (CYP 1A2, 2C9, 2C8, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4, 3A5). Los investigadores utilizaron recombinantes de estos ocho CYP diferentes y los incubaron con aconitina. Para iniciar la ruta del metabolismo se necesitaba la presencia de NADPH. Se encontraron seis metabolitos mediados por CYP (M1-M6) por cromatografía líquida, estos seis metabolitos se caracterizaron por espectrometría de masas. Los seis metabolitos y las enzimas involucradas se resumen en la siguiente tabla:

Se utilizaron inhibidores selectivos para determinar los CYP implicados en el metabolismo de la aconitina. Los resultados indican que la aconitina fue metabolizada principalmente por CYP3A4, 3A5 y 2D6. CYP2C8 y 2C9 tuvieron un papel menor en el metabolismo de la aconitina, mientras que CYP1A2, 2E1 y 2C19 no produjeron ningún metabolito de aconitina. Las vías metabólicas propuestas de la aconitina en los microsomas hepáticos humanos y los CYP involucrados se resumen en la tabla anterior.

Toxicidad

El consumo de tan solo 2 miligramos de aconitina pura o 1 gramo de la planta misma puede causar la muerte al paralizar las funciones respiratorias o cardíacas. La toxicidad puede ocurrir a través de la piel; incluso tocar las flores puede adormecer las puntas de los dedos.

Los efectos tóxicos de la aconitina se han probado en una variedad de animales, incluidos mamíferos (perro, gato, conejillo de indias, ratón, rata y conejo), ranas y palomas. Dependiendo de la vía de exposición, los efectos tóxicos observados fueron efecto anestésico local, diarrea, convulsiones, arritmias o muerte. Según una revisión de diferentes informes de intoxicación por acónito en humanos, se observaron las siguientes características clínicas:

• Neurológico: parestesia y entumecimiento de cara, área perioral y cuatro extremidades; debilidad muscular en cuatro extremidades
• Cardiovascular: hipotensión, palpitaciones, dolor torácico, bradicardia, taquicardia sinusal, ectopices ventriculares y otras arritmias, arritmias ventriculares y ritmo junccional
• Gastrointestinal: náuseas, vómitos, dolor abdominal y diarrea
• Otros: mareos, hiperventilación, sudoración, dificultad para respirar, confusión, dolor de cabeza y lacrimación

Progresión de los síntomas: los primeros síntomas de intoxicación por aconitina aparecen aproximadamente de 20 minutos a 2 horas después de la ingesta oral e incluyen parestesia, sudoración y náuseas. Esto conduce a vómitos severos, diarrea con cólicos, dolor intenso y luego parálisis de los músculos esqueléticos. Después del inicio de una arritmia potencialmente mortal, que incluye taquicardia ventricular y fibrilación ventricular, finalmente se produce la muerte como resultado de parálisis respiratoria o paro cardíaco.

Los valores de LD50 para ratones son 1 mg/kg por vía oral, 0,100 mg/kg por vía intravenosa, 0,270 mg/kg por vía intraperitoneal y 0,270 mg/kg por vía subcutánea. La dosis letal más baja publicada (LDLo) para ratones es de 1 mg/kg por vía oral y de 0,100 mg/kg por vía intraperitoneal. La dosis tóxica más baja publicada (TDLo) para ratones es de 0,0549 mg/kg por vía subcutánea. El valor de LD50 para ratas es de 0,064 mg/kg por vía intravenosa. La LDLo para ratas es de 0,040 mg/kg por vía intravenosa y de 0,250 mg/kg por vía intraperitoneal. La TDLo para ratas es de 0,040 mg/kg por vía parenteral. Para obtener una descripción general de más resultados de animales de prueba (LD50, LDLo y TDLo), consulte la siguiente tabla.

• Note that LD₅₀ significa dosis letal, 50 por ciento de muerte; LDLo significa dosis letal publicada más baja; TDLo significa dosis tóxica publicada más baja

Para los seres humanos, la dosis letal oral más baja publicada de 28 μg/kg se informó en 1969.

Diagnóstico y tratamiento

Para el análisis de los alcaloides del Aconitum en muestras biológicas como sangre, suero y orina, se han descrito varios métodos de GC-MS. Éstos emplean una variedad de procedimientos de extracción seguidos de derivatización a sus derivados de trimetilsililo. También se han desarrollado nuevos métodos sensibles de HPLC-MS, generalmente precedidos por la purificación SPE de la muestra. Se ha informado que el fármaco antiarrítmico lidocaína es un tratamiento eficaz del envenenamiento por aconitina de un paciente. Teniendo en cuenta el hecho de que la aconitina actúa como un agonista del receptor del canal de sodio, los agentes antiarrítmicos que bloquean el canal de sodio (clasificación I de Vaughan-Williams) podrían ser la primera opción para el tratamiento de las arritmias inducidas por la aconitina. Los experimentos con animales han demostrado que la tetrodotoxina reduce la mortalidad de la aconitina. Los efectos tóxicos de la aconitina fueron atenuados por la tetrodotoxina, probablemente debido a su efecto antagónico mutuo sobre las membranas excitables. También la paeoniflorina parece tener un efecto desintoxicante sobre la toxicidad aguda de la aconitina en animales de experimentación. Esto puede deberse a alteraciones del comportamiento farmacocinético de la aconitina en los animales debido a la interacción farmacocinética entre la aconitina y la paeoniflorina. Además, en caso de emergencia, se puede lavar el estómago con ácido tánico o carbón en polvo. Los estimulantes del corazón, como el café fuerte o la cafeína, también pueden ayudar hasta que haya ayuda profesional disponible.

Envenenamientos famosos

Durante la rebelión india de 1857, un destacamento británico fue objeto de un intento de envenenamiento con aconitina por parte de los cocineros del regimiento indio. El complot fue frustrado por John Nicholson quien, al detectar el complot, interrumpió a los oficiales británicos justo cuando estaban a punto de consumir la comida envenenada. Los chefs se negaron a probar su propia preparación, por lo que se la dieron de comer a la fuerza a un mono que "expiró en el acto". Los cocineros fueron ahorcados.

La aconitina fue el veneno que usó George Henry Lamson en 1881 para asesinar a su cuñado a fin de asegurarse una herencia. Lamson había aprendido acerca de la aconitina cuando era estudiante de medicina del profesor Robert Christison, quien le había enseñado que era indetectable, pero la ciencia forense había mejorado desde la época de estudiante de Lamson.

Rufus T. Bush, industrial y navegante estadounidense, murió el 15 de septiembre de 1890, luego de tomar accidentalmente una dosis fatal de acónito.

En 1953, el bioquímico y desarrollador de venenos soviético Grigory Mairanovsky utilizó aconitina en experimentos con prisioneros en el laboratorio secreto de la NKVD en Moscú. Admitió haber matado a unas 10 personas usando el veneno.

En 2004, el actor canadiense Andre Noble murió de envenenamiento por aconitina. Accidentalmente comió un poco de acónito mientras estaba de excursión con su tía en Terranova.

En 2009, Lakhvir Singh de Feltham, al oeste de Londres, usó aconitina para envenenar la comida de su ex amante Lakhvinder Cheema (quien murió como resultado del envenenamiento) y su actual prometida Aunkar Singh. Singh recibió cadena perpetua con un mínimo de 23 años por el asesinato del 10 de febrero de 2010.

En 2022, doce comensales de un restaurante de la región de York enfermaron gravemente después de una comida. Los doce enfermaron gravemente y cuatro de ellos fueron admitidos en la unidad de cuidados intensivos tras la sospecha de envenenamiento.

En la cultura popular

La aconitina era un veneno favorito en el mundo antiguo. El poeta Ovidio, refiriéndose a la proverbial aversión de las madrastras por sus hijastros, escribe:

Lurida terribiles miscent aconita novercae.

Las madrastras temibles mezclan aconitas lúdicas.

La aconitina también se hizo famosa por su uso en la historia de Oscar Wilde de 1891 "El crimen de Lord Arthur Savile". El acónito también juega un papel destacado en el Ulysses de James Joyce, en el que el padre del protagonista Leopold Bloom usó pastillas del químico para suicidarse. El envenenamiento por aconitina juega un papel clave en el misterio del asesinato Breakdown de Jonathan Kellerman (2016). En Twin Peaks (temporada 3) Parte 13, se sugiere que la aconitina envenene al personaje principal.

Monk's Hood es el nombre de la tercera novela de Cadfael escrita en 1980 por Ellis Peters. La novela se convirtió en un episodio de la conocida serie de televisión Cadfael protagonizada por Derek Jacobi.