Introducción al estudio farmacotécnico de la insulina: bases teóricas para su utilización en mezclas parenterales endovenosas

UNIVERSIDAD DE GRANADA. FACULTAD DE FARMACIA CATEDRA DE FARMACIA GALENICA Prof. Dr. E SELLÉS INTRODUCCION AL ESTUDIO FARMACOTECNICO DE LA INSULINA: BASES TEORICAS PARA SU UTILIZACION EN MEZCLAS PAg,ENTERALES ENDOVENOSAS M. S. SOCÍAS, M. C. BEDMAR y A. PARERA RESUMEN Se realiza un estudio bibliográfi,co de las propiedades farmacoterapéu tic as de la insulina. incidiendo especialmente ,en la forma insulina cris talina cinc que es la habitualmente utilizada en soluciones para. perfu sión intravenosa. Asimismo, se realiza una revisión de los métodos de va loración de inyectables de insulina comparándolos con los clásicos méto dos blológicoS de valoxación de la hormona. RÉSUMÉ On réalise un étude bibliographique des propietés pharmacothera peutiques de l'insuline, specialement sur la forme d'insuline zinc cris tallisée, habituellement employée. dans des solutions pour perfusion in travelneuse. On fait aussi une révision des differents formes de valora tion de les inyectables d'insuline par rapport aux clasiques metodes de valoration biologique de l'hormone. SUMMARY A bibliographic study of pharmacotherapeutic properties of insul1n was carried out, paying special attention to the crystalline zinc insu line form, which is most commonly used in solutions for intervenous per fusiono In the same way the methods of evaluating insulin injections we re reviewed, comparing them with the classical biological methods of evaluating this hormone. I.-INTRODUCCION El sistema endocrino, junto con el nervioso, tienen la mi sión de ajustar y correlacionar los demás sistemas orgánicos, Ars Pharmacéutica. Tomo XX. Núm. 4, 1979. 352 ARS PHARMACFUTICA a los que capacitan para hacer frente a las demandas de los medios interno y externo; esta integración por parte del siste ma endocrino se realiza mediante la segregación de hormonas, agentes químicos producidos por las glándulas de secreción in terna que se vierten a la circulación para regular los procesos metabólicos. Dentro de él y como órgano regulador tiene gran importancia el páncreas cuya función es controlar el metabo lismo de los glúcidos, papel que neva a cabo por secreción de dos hormonas: g'lucagón e insulina. La primera, de naturaleza polipeptídica, desempeña un papel importante en el manteni miento de la glucemia durante la inanición, ya que eleva la ci fra de glucosa sanguínea, estimulando la glucogenolísis hepáti ca (1); la segunda, es decir la insulina, de estructura protéica, tiene especial importancia en relación con el metabolismo de la glucosa y su defecto o exceso originan sendos síndromes clíni cos perfectamente caracterizados. El presente trabajo está especialmente dirigido al estudio de la insulina cristalína cinc por ser ésta la única que puede ser utilizada en perfusión endovenosa contínua. Se revisan mé todos de valoración, sentándose una serie de bases teóricas que servirán de apoyo a un posterior trabajo experimental. l.-Insulina endógena. La insulina, también llamada hormona hipoglucemiante, fue descubierta por BANTING y BEST en 1922; ya en 1921 estos autores habían conseguido obtener extractos de páncreas que contenían insulina. El nombre de la hormona se debe a DE MEYER (2). Su naturaleza química fue totalmente esclarecida por SAN GER y col. que demostraron claramente que la insulina es una proteína compleja constituída por dos cadenas polipeptídic�s cuya secuencia de aminoácidos se conoce perfectamente. Estas cadenas polipeptídicas, denominadas A y B, son algo distintas: la primera, también llamada fenilalanínica consta de 30 amino ácidos y termina con un resto de fenilalanina libre; la segunda, cadena B o cadena glicílica contiene 21 aminoácidos y termina en un resto de glicina .. Estas dos estructuras forman el sostén fundamental de la molécula pero existen tres puentes disulfu ro, dos de ellos intercatenarios y el restante situado en la ca- ARS PHARMACEUTICA 35,3 dena B. Las uniones disulfuro son esenciales para la actividad hormonal y su ruptura supone una inactivación de la insulina (3); el peso molecular de la estructura completa es de 6.000. Las insulinas procedentes de distintas especies animales poseen estructuras algo diferentes, presentando variaciones en la secuencia de aminoácidos de las cadenas A y B Y en la loca lización de los puentes disulfuro, GANONG (4) sugiere que, si bien las diferencias estructurales señaladas no afectan a la ac tividad biológica de la hormona, si son capaces de afectar a su actividad antigénica. La misión fundamental de la hormona va dirigida a hacer accesible la glucosa a todos los tejidos, tanto en lo que se re fiere a su conversión en energía, romo en lo que respecta a los procesos de almacenamiento de la misma, convertida en glucógeno o en sustancias lipídicas. Como la actuación metabólica de la insulina es amplia y compleja, con objeto de proporcionar una visión de conjunto de la misma señalamos en los apartados siguientes, de forma esquemática, sus funciones en distintas fases metabólicas. 1.1.-Acción sobre el metabolismo hidrocarbornado La insulina regula la velocidad de metabolización de los hi dratos de carbono actuando preferentemente en 4 niveles: a.-Aumentando el consumo de glucosa. b.-Incrementando la transformación de glucosa en lípidos (acción lipogenética). c.-Favoreciendo el almacenamiento de glucógeno celular. d.-Inhibiendo la gluconeogénesis. Además de las misiones fundamentales sobre el metabolis mo hidro carbonado antes citadas, la insulina desempeña tam bién un papel importante en la regulación de la función hepá tica en cuanto a sus efectos amortiguadores de la glucosa (5). 1.2.-Acción sobre el metabolismo lipídico Deriva de su actuación sobre los hidratos de carbono y ade más, parecen existir otros mecanismos de acción directa de la hormona sobre los lípidos. En síntesis esta misión se traduce en un aumento del almacenamiento de grasa (6). 354 ARS PHARMACEUTICA 1.3.-Acción sobre el metabolismo protéico. Asimismo, es conocida la influencia positiva de la insulina sobre el crecimiento, función que está relacionada con sus efec tos sobre el metabolismo protéic'O. La insulina estimula la sín tesis protéica por contribución al �horro de proteínas derivado del aporte adecuado de glucosa intracelular que regula, por lo tanto, sólo favorecerá el crecimiento si existe un aporte ade cuado de carbohidratos en la dieta, aporte que permite un aho rro celular de proteínas (7). 1.4.-Actuación de la insulina en otros procesos orgánicos. Además de las actuaciones metabólicas citadas la hormona también actúa sobre los procesos orgánicos que se enumeran a continuación: -Facilita la penetración celular de potasio con la consi guiente caída del mismo en el líquido extracelular. -Provoca estimulación cardíaca cuando alcanza determi nados niveles. -Aumenta la secreción gástrica. -Produce estímulo del tono y de las contracciones del estómago. Todas estas misiones deben tenerse en cuenta cuando se . administra la hormona como aporte exógeno ya que pueden traducirse en alteraciones metabólicas; por ej emplo, en caso de acidosis diabética una dosis elevada de la misma puede in ducir hipopotasemia (8). 1.5.-Mecanismo de acción. De la multiplicidad de efectos de la insulina se deduce que su actuación se lleva a cabo por diferentes mecanismos. �n pri mer lugar para que pueda ejercer sus acciones se necesita una liberación de la misma a partir de las células que la sintetizan, liberación que se ve facilitada en los estados hiperglucémicos por un mecanismo de pinocitosis inversa o emecitosis. Una vez liberada la insulina se fija a los tejidos, probablemente a nivel de las membranas celulares, formando uniones entre los puen tes disulfuro de la molécula y los radicales sulfhidrilos de los receptores (9). ARS PHARMACEUTICA 355 Actualmente se cree que el mecanismo de acción de la in sulina en lo que respecta a su papel sobre los hidratos de car bono tiene lugar por doble via: -Favoreciendo la penetración celular de glucosa. -Facilitando la actuación de la hexoquinasa (lO). Como las acciones de la insulina a nivel hepático son algo distintas de las que desempeña en los demás órganos, los me canismos de acción serán también algo diferentes y en este caso, parecen estar implicados al menos dos: -Liberación inmediata de la glucosa hacia la sangre con la correspondiente disminución de las reservas hepáti cas de glucógeno. -Leve aceleración del metabolismo hepático de la gluco sa. El mecanismo de acción insulínico en el metabolismo lipí dico consiste en bloquear la movilización de grasas, facilitando su almacenamiento a tres niveles: -Por activación de la lipoproteína-lipasa (con disminu ción de los triglicéridos circulantes). -Inhibición de la lipasa intracelular (que inhibe la lipo lísis). -Por aumento del nivel de glicerofosfato (con aumento en la síntesis de triglicéridos)o Su actuación sobre el metabolismo protéico se efectúa de la siguiente forma: -Disminuyendo el catabolismo y aumentando la síntesis protéica (mecanismo indirecto a través de su actuación sobre los hidratos de carbono). -Favoreciendo la incorporación de aminoácidos a las pro teínas (mecanismo que se postula independiente del efecto insulínico sobre el metabolismo de la glucosa). -Facilitando el transporte de aminoácidos hacia las cé lulas. 2.-Alteraciones principales de la secreción de insulina: Dia betes. Es obvio que la secreción de insulina por el páncreas debe estar controlada de forma muy precisa para que su concentra ción sanguínea se mantenga en un valor constante y normal, 356 ARS PHARMACEllTICA ya que la secreClOn pancreática de insulina constituye el prin cipal mecanismo de regulación de la glucemia. Por lo tanto, una secreción anormal de la misma conduciría a trastornos metabó licos diversos. De todas las alteraciones de esta secreción la que tiene mayor importancia por su frecuencia y por la gravedad de sus efectos es la debida a una falta de secreción pancreática o a una secreción insuficiente de la misma; esta alteración se co noce con el nombre de "diabetes mellitus" y se caracteriza prin cipalmente por una imposibilidad de mantener la glucosa den tro de los niveles normales y por una incapaCidad de utiliza ción de la misma. La enfermedad se conoce desde antiguo, ya los médicos griegos y romanos denominaban así al trastorno en el que la manifestación más representativa era. la aparición de poliúria, distinguiendo además dos tipos: diabetes "mellitus" y diabetes "insipidus" según el sabor de la orina de los enfermos que la padecían (11). Actualmente el término diabetes sin calificati vos, se emplea como sinónimo de diabetes "mellitus". La enfermedad se manifiesta fundamentalmente por tres síntomas: polidípsia, poliúria y polifágia, encontrándose ade más como síntomas detectables hiperglucemia, glucosúria y en casos extremos, acidosis y coma diabético. Uno de los proble- . mas más graves que se presentan en la diabetes es la aparición de numerosos trastornos del metabolismo de los principios in mediatos que, a veces, dan lugar a otras enfermedades conco mitantes. La aparición de la enfermedad puede deberse a factores hereditarios o a la presencia de otros estados cuyo papel no está muy claro; si no se instaura un tratamiento adecuado, la evolución de la enfermedad suele ser fatal. La diabetes puede compensarse con la administración de las cantidades necesarias de insulina para que el metabolismo de los carbohidratos se normalice o por administración de hi poglucemiantes orales. La utilidad de estos últimos es muy li mitada ya que poseen menor actividad y mayores contraindica ciones que la administración de insulina, por lo tanto, el tra tamiento principal de la diabetes será la administración de la hormona hipoglucemiante o insulina. ARS PHARMACEUTICA 357 n.-INSULINA COMO PREPARADO GALENICO: APLICACION La insulina exógena, es decir, la que se utiliza como medi camento es la misma hormona de origen natural que se extrae del páncreas de distintas especies de animales. Su campo de aplicación no queda restringido al control de la diabetes, aunque en la actualidad sea este su fin casi exclu sivo. sino que puede ser empleada con otros fines; en efecto, puede administrarse como estimulante del apetito y, en pa cientes con insuficiencia renal, es capaz de corregir temporal mente la hiperpotasemia por favorecer el transporte de potasio hacia el interior de las células (12). Recordemos finalmente que hace años, cuando el "electroshock" no se utilizaba en psiquia tría. algunos enfermos psicóticos eran tratados con insulina con el fin de provocarles un estado hipoglucémíco conocido co mo "shock insulínico", de características muy similares a las que origina el "electroshock". l.-Propiedades fisicoquímicas La insulina posee monografía propia en todas las farma copeas que, lógicamente, coinciden al consignar sus propieda des, entre las que cabe destacar que, llna vez obtenida, se pre senta como un polvo blanco cristalino, muy soluble en agua acidulada o alcalina, soluble en soluciones de fosfato disódico en insoluble en disolventes orgánicos. Su punto iso eléctrico se corresponde con un valor de pH de 5,4; este dato es importan te pues en él se basa su extracción a partir del páncreas y ade más porque puede influir en el sistema fisicoquímico (solución o suspensión) de las formas farmacéuticas elaboradas. En so lución posee carácter ácido y es termolábil (13). 2.-0btención y clases de insulina La hormona se obtiene por proceso extractivo a partir de páncreas de distintas especies animales. El fundamento gene ral de la técnica extractiva es siempre el mismo, aunque exis tan numerosas modificaciones al método original. En la Fig. 1 se resume el procedimiento usual de obtención de las diferen tes clases de insulina (de acción normal y de acción prolon gada). 358 r1esíduo Liquido ARS PHARMACEUTICA OBTE��C ION Y CLASES DE I NSlJU ��A Páncreo; Ipi cado I descngroscco) Maceració., Alcohol SO'I, Sol. acuosa de cÍe. sulfúrico J'/, Lf quido extroctivo (concentrnr) Pre c i pi todo ! Al cohol 50'/. Sol. alcohólica de insulina (impurificada) U qUido t "�-l c - . o-hó - I ie - 0 - - ----------1 1 Et er ,tueo INSULINA REGULAR (Amorfa) •• Purif.icación Disolver pH J,O j Lavar con agua pH 5,5 Precipitar pH 5,0 INSULlNf\ REGULAR Ide Taranta) IAmo·(fo) 1 Sol. acética de brucina !SóLUC I ON DE ' N S UL'f.iA I ������-----------;���E�.G�U�L�A�R � ------ � - Precipitar con piridina. Desee. al vacío. 1 Preci pitar con piridina. Cloruro de cinc. Desee. al vacío. Insulinas lentas: _----1 Bovino, poréino o human o, '-- ___ Insulinas Retardadas. ___ .. Gran contenido de impurezas. +++ Menor contenido de impurezas. Fig.l l2 z o ce: ¡:2 W o o o ¡:2 'W ::E ARS PHARMACEUTICA 359 3.-Criterios de selección de los preparados insulínicos. La estructura polipeptídica de la insulina no permite su administración por vía oral, la vía rectal tampoco es recomen dable y consecuentemente la vía de administración exclusiva será la parenteral, especialmente por administración subcutá nea que permite la consecución de un efecto hipoglucemiante muy similar al determinado por la insulina fisiológica, sobre todo si se utilizan insulinas de acción intermedia. Su administración por vía intravenosa (acción instantá nea), sólo está justificada en casos de emergencia tales como: coma diabético, debido a que el enfermo en estas circunstancias tiene la circulación periférica tan alterada que la absorción se verifica muy lentamente y también en todos los casos en que se desee una perfecta correlación entre las dosis administradas y las necesidades insulínicas, así como en complicaciones que requieran un control preciso e instantáneo de la glucemia. Todas las insulinas (normales o prolongadas) tienen efec tividad en el tratamiento de la diabetes. La diferencia más sig nificativa desde el punto de vista de su aplicación radica en la distinta solubilidad de ellas, por cua.nto a esta propiedad va ín timamente ligada su absorción que es, en definitiva, la que de termina una mayor o menor rapidez y duración de la acción hipoglucemiante. En efecto, las más solubles son de acción rápida y corta duración, en tanto que las insolubles manifiestan su acción más tardíamente, si bien el efecto se mantiene durante mayor tiem po. La selección adecuada del tipo de insulina se hace siempre atendiendo a las características de la enfermedad y de acuerdo con las ventajas y los inconvenientes que pueden ofrecer los distintos preparados. Resumiendo podemos decir que las insulinas de acción cor ta pueden ocasionar fluctuaciones bruscas de la glucemia que se evitan administrándola fraccionadamente a determinados períOdos de tiempo. Estas insulinas son de elección en situa ciones de emergencia que requieran un descenso de la glucemia muy rápido y siempre que sea necesario complementar los efec tos de las insulinas de acción media, al no obtenerse con estas últimas resultados plenamente satisfactorios. 366 ARS PHARMACEUTICA (3) MEYER, IAwETz y GOLDFIEN: Farmacología Clínica, Edit. El Manual Moderno, S. A., Ed. 2.' Méxi,co 1975, pág. 408. (4) GANONG WILLIAN F.: Manual de Fisiología Médica, Edit. El Manual Moderno, S. A. Ed. 3.', México 1971, pág. 279. (5) Loc, cit. (4) pág. 281. (6) Loc. cit. (2) pág. 979. (7) Loc. cit. (1) pág. 1036. (8) Loe. cit. (2) pág. 978, (9) Loc. cit. (1) pág. 1033. (10) CUTTING WINDSOR C.: Manual de Farmacología. Edit, Montaner y Simón, S. A., Barcelona, pág. 419, (11) Loc. cit. (4) pág. 282. (12.) Loc. cit. (2) pág. 939. (13) OSOL S" DENO R. A.: Remington's Pharmaceutical Sciences. Edit. Mack Publishing Co., Ed. 15.", Easton 1975, pág. 1360. (14) HOOVER, J, E.: Dispensing of Medication. Edit. Mack Publising Co, Ed. 8.", Pensylvania 1976, pág, 542. (15) Loc. cit. (3) pág. 935. (16) Loc. cit. (1) pág. 1022. (17) Loc. cit. (3) pág. 412, (18) Loc. cit. (>2) pág. 978. (19) U. S. P. XIX: The United states Pharmacopoeia, Edit. Mack Pu blishing Co, Easton 1975, pág. 253. (20) F. E. IX: Farmacopea Oficial Española, Ed. 9.", Madrid 1954, pág. 426. (21) The British Pharmacopoeia 1973, Stationery Office University Prin ting House, Cambridge 1973, pág. 243. (22) Pharmacopea Helvetf,ca. Ed. 6.", Tomo IIl, pág. 303. (23) Ama Drug Evaluations. Ed. 3.", PubUshing Sciences Group, Little ton, Massachusetts, 1977, pág. 589. (24) MARTINDALE: The Extra Pharmacopoeia, Edit. Ainleywade, Ed, 27.', Londres 1977, pág. 799. (25) Phamacopée Francaise (Códex), pág. 602, (26) Loc. cit. (121) pág. 243. (27) Pharmacopoeia Internationalis, Edit. Organisation Mondiale de la San té, Ginebra 1957, pág. 280. (28) Loc, citt. (2) pág. 978, (29) Loc. cit. (4) pág. 278. (30) GARRAT D. C.: The Cuantitative Analysis of Drugs, Edit Chapman and Hall, Ed, 3.', Londres 1964, pág. 336. (31) Loc. cit. (30) pág. 336. Re!: RObinson, F. A" und V, L. Fehr, Biochem. J. 51, 293, (1952). (32) Loc. cit. (30) pág. 336. Ref,: Fenton E. L" Biochem. J. 71, 507, (1961).