Capsaicin Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling 5 p HT-04 Sofia Sundström 1
Innehållsförteckning 1. Historisk bakgrund 2. Vetenskaplig frågeställning 3. Metodbeskrivning för extraktion och isolering av capsaicin 4. Beskrivning av biologisk aktivitet 4.1 Smärta 4.2 Capsaicinreceptorn 4.3 Verkningsmekanism 5. Läkemedelsutveckling 6. Klinisk effekt och användning 6.1 Capsina kräm 6.1.1 Biverkningar och användning 6.2 Termo medicinskt plåster 6.2.1 Biverkningar och användning 7. Referenser 2
1. Historisk bakgrund Capsaicin är den aktiva substansen i chilipeppar som ger upphov till dess brännande smak. Chilipeppar tillhör släktet Capsicum och är nära besläktad med andra välkända matväxter som paprika, tomat, potatis och aubergine. Andra kryddstarka växter som ingefära och svartpeppar innehåller liknande substanser men capsaicin är den starkaste och mest studerade. Det finns över 150 olika sorter chilipeppar som alla har gemensamt att de innehåller capsaicin i olika stora mängder. Capsaicin är en extremt kraftfull och stabil alkaloid som produceras i kristallin form av körtlar i pepparfruktens fröskida [1]. Capsaicinproducerande peppar, se figur 1, växte från början i Bolivia och delar av Brasilien. De spreds sedan med fåglar över Amerika och till Europa med Columbus. Idag växer de i stort sett över hela världen. Astekerna var de första att använda peppar i mat, ritualer och kultur [2]. Figur 1. Chilipepparfrukt. Utforskning av kemin hos capsaicin går tillbaka till 1816 då P. A. Bucholtz först upptäckte att den skarpa beståndsdelen hos pepparfrukten kunde extraheras från mosade fröskidor genom att använda organiska lösningsmedel. 1876 rapporterade L. T. Thresh i Pharmacy Journal att den huvudsakliga kemiska komponenten kunde extraheras i sitt kristallina tillstånd. Det var också Thresh som namngav substansen capsaicin, se figur 2 för kemisk formel [2]. En apotekare vid namn Wilbur Scoville introducerade 1912 en speciell skala för att mäta 3
pepparstyrkan hos chilipepparfrukter, som uppkallades efter honom själv. Scovilles test var ursprungligen ett jämförande smaktest. Idag finns en något mer sofistikerad metod att få ett mått på styrkan, capsaicinhalten, hos olika pepparsorter. Men fortfarande kallas måttenheten för Scoville [8]. Capsaicin syntetiserades första gången 1930 av E. Spath och F. S. Darling. Den har så gott som ingen lukt eller smak men är en av de skarpaste kända föreningarna. Den löser sig dåligt i vatten men är väldigt löslig i alkohol, fetter och oljor [2]. Ordet capsaicin beskriver egentligen en grupp besläktade komponenter som heter capsaicinoider som de japanska kemisterna S. Kosuge och Y. Inagaki identifierade 1964. Forskare har identifierat sex stycken naturliga medlemmar av denna familj och en syntetisk kusin som används som referens för att bestämma den relativa skarpheten hos de andra [2]. Figur 2. Kemisk formel för capsaicin. 2. Vetenskaplig frågeställning I denna uppsats utreds isolering och läkemedelsutveckling av capsaicin. Målet med uppsatsen är att ta reda på mer om hur capsaicin kan användas i smärtstillande läkemedel då substansen samtidigt är en högpotent smärtstimulerare. 3. Metodbeskrivning för extraktion och isolering av capsaicin År 1816 var Braconnot och Bucholtz de första att göra ett alkoholextrakt innehållande capsaicin. Detta extrakt mosades sedan i eter. Lösningen filtrerades och etern avdunstades. En röd-gul tjockflytande massa, med en väldigt frän smak framträdde. Tillsammans med bariumoxid bildades en fast förening. År 1858 upptäckte F. Victor Heydenreich att Braconnot och Bucholtz fasta förening bestod av två olika oljor med en inert fettsubstans och att ren 4
capsaicin bestod av de två oljorna utan den feta substansen. J. C Thresh lyckades år 1876 isolera den rena formen av capsaicin, en färglös kristallin substans. Isoleringen utfördes genom att extrahera fruktens fröskida med kokande eter som sedan avdunstades. Det som återstod blandades med sötmandelolja och extraherades igen, denna gång med 70 % alkohol. Alkoholen avdunstades och återstoden blandades med brännande pottaska fri från kolsyra. Lösningen filtrerades och kolsyra tillsattes i små mängder tills lösningen var mättad. Efter att ha stått några dagar utkristalliserades capsaicinet som sedan tvättades med vatten och kall bensin [9]. Idag används modernare metoder för att utvinna capsaicin ur chilifrukter. Ett exempel är att först använda tunnskiktskromatografi och sedan reversed phase vätskekromatografi [10]. Tunnskiktskromatografin ger grov information om hur mycket föroreningar en lösning innehåller. Vätskekromatografi är en kvantitativ separationsmetod som med hjälp av till exempel en UV-spektrofotometer ger information om hur mycket capsaicin lösningen innehåller. 4. Beskrivning av biologisk aktivitet 4.1 Smärta Nociception betyder smärta och de neuron som förmedlar smärtimpulser från periferin till ryggmärgen kallas nociceptiva afferenter. De nociceptiva afferenterna är av två typer, Aδfibrer och C-fibrer. Aδ-fibrerna är myeliniserade och impulsledningen går snabbt medan C- fibrerna är omyeliniserade vilket ger långsam impulsledning. C-fibrerna ger en mer diffus, dunkande smärta än Aδ-fibrerna. Substans P och glutamat är modulator respektive transmittor i smärtfibrerna [1]. Substans P anses vara den viktigaste mediatorn av smärtimpulser från periferin till CNS och spelar också en viktig roll i att förmedla lokalt inflammatoriskt svar [5]. 5
4.2 Capsaicinreceptorn Capsaicin (vanilloid) receptorn, VR1, är en katjonkanal som finns i primära känselneuron i smärtvägen. Denna receptor aktiveras av vanilloidföreningar som bland annat capsaicin, protoner och värme (>43 C). Djurförsök på möss visar att capsaicin ger upphov till många olika fysiologiska beteenden, allt från att slicka tassar till hypotermi. Capsaicinreceptorn behövs för att förmedla nociceptiva, inflammatoriska och hypotermiska effekter av capsaicin [3]. Capsaicin är alltså en högpotent smärtstimulerande substans som stimulerar nociceptiva och temperaturkänsliga nervterminaler i vävnader genom att depolarisera dorsalrotsganglieceller på C-fibrer (och förmodligen också Aδ-fibrer) utan att påverka andra känselneuron. 4.3 Verkningsmekanism Capsaicin har många positiva effekter. I studier har den till exempel visat sig ha antiinflammatoriska effekter och därmed fördelaktig vid magkatarr. Det har fördelen att inte påverka magslemhinnan särkilt mycket, men andra slemhinnor däremot påverkas. Kronisk snuva med nästäppa och nysningar kan exempelvis lindras genom att capsaicinet bedövar nerverna i näsans slemhinna och gör den mindre känslig för infektioner och andra retningar. Kärlvidgande effekter utnyttjas utvärtes i form av liniment eller plåster och hjälper vid ledsmärtor och smärta vid reumatism. Dock är det viktigt att tänka på att huden är mycket känslig mot capsaicin och lätt kan irriteras, därför skall läkare rådfrågas innan omplåstring och huden skall vara intakt. Caspsaicin påstås även öka ämnesomsättningen och därmed också förbränningen av kalorier. Att laga mat med chili i skall därför vara ett bra bantningsknep. Dessutom lär en känsla av välbefinnande infinna sig då man äter chilikryddad mat eftersom capsaicin stimulerar frisättning av endorfiner, kroppens eget morfin [8]. 6
Det finns flera olika intressanta egenskaper hos capsaicins verkningsmekanism: Efter ett par upprepade applikationer försvinner den smärtproducerande effekten och nociceptiv respons till annat stimuli också. Den kan då producera märkbar analgesi. Den orsakar frisättning av substans P från afferenter, både perifert och inuti ryggmärgen. I vuxna djur töms de afferenta neuronen på substans P och det tar dagar eller veckor innan de är återställda. Hos nyfödda djur förstör capsaicin selektivt C-fiberneuronen i periferin och djuren växer upp med starkt försämrad respons till smärtfullt eller termiskt stimuli. Den har därför använts mycket som ett experimentellt verktyg vid undersökning av funktionen hos C-fiberafferenter [1]. 5. Läkemedelsutveckling På grund av den desensitiserande effekten av capsaicin har det föreslagits att substanser av detta slag skulle kunna vara användbara vid analgesi. I kliniska studier på patienter med långvariga smärttillstånd efter bältros har capsaicin visat sig ha smärtlindrande egenskaper. Den 15 november 1996 godkändes Capsina 0,075 % i Sverige, en kräm innehållande capsaicin, som används topikalt som symptomatisk behandling vid postherpetisk neuralgi. Den 8 februari 2002 godkändes även ett plåster innehållande capsaicin, Termo medicinskt plåster, vilket används som symtomatisk behandling för lindring av muskelsmärta [6]. 7
6. Klinisk effekt och användning 6.1 Capsina kräm Neurogen smärta, som till exempel smärta efter bältros, är en svårbehandlad smärta. I terapin mot neurogen smärta ingår olika analgetika i kombination med bland annat antidepressivaoch antieleptiska läkemedel. Trots stora insatser från specialiserade smärtkliniker uppnås inte alltid tillfredsställande lindring av denna sortens smärta. Capsina har studerats vid behandling av smärta efter bältros. I en dubbelblind, vehikelkontrollerad studie ingick 143 patienter med neurogen smärta efter bältros. Patienterna hade haft sin smärta i minst sex månader och de flesta av dem hade under denna tid behandlats med orala analgetika, antidepressiva eller neuroleptika, dock med otillräcklig effekt. Efter sex veckors behandling med antingen placebo eller Capsina utvärderades dels hela gruppen (n = 131), dels de patienter som hade haft sin smärta i minst tolv månader innan studien (n = 93), se figur 3. 8
Figur 3. Minskning av smärtintensitet hos patienter som haft postherpetisk neuralgi mer än tolv månader. Direkt efter denna dubbelblinda korttidsstudie erbjöds patienterna att delta i en längre öppen studie av Capsina som varade i två år (n = 77). Hos 86 % av patienterna förstärktes eller upprätthölls den smärtlindrande effekten av Capsina under denna tid. Slutsatsen av denna studie visade att Capsina är en effektiv och säker behandling av postherpetisk smärta. 6.1.1 Biverkningar och användning Inga allvarliga biverkningar eller systemverkningar finns beskrivna vid behandling med Capsina kräm. Sidoeffekter är framför allt en initialt brännande eller stickande känsla i huden. Denna sidoeffekt beror förmodligen på verkningsmekanismen, det vill säga substans P- utflödet. Vid regelbunden användning avtar dock denna sidoeffekt, vilket troligen beror på att substans P depåerna har tömts [6]. Sidoeffekten är ofta en anledning till drop-outs i studier. En annan faktor i compliance är tidsfördröjningen innan terapeutisk effekt observeras. Ibland dröjer det flera veckor innan patienten märker någon effekt [7]. Det är därför viktigt för behandlingsresultatet att Capsina används regelbundet och ofta. Capsina bör användas tre till fyra gånger dagligen för att uppnå bästa effekt. Krämen skall då appliceras i ett tunt lager på 9
det smärtande området. Det är också viktigt att huden är oskadad. Absorptionen av capsaicin vid topikal administrering är okänd. Applikation av två tuber Capsina kräm 0,075 % per vecka, förutsatt 100 % absorption, motsvarar dock endast 1/4 till 1/3 av det dagliga intaget i form av kryddan chilipeppar i Indien och Thailand [6]. 6.2 Termo medicinskt plåster Termo medicinskt plåster används utvärtes som symptomatisk behandling för lindring av muskelsmärta. Dokumentationen för Termo plåster grundar sig främst på en placebokontrollerad, dubbelblind studie av 154 patienter med kronisk ryggsmärta. Inklusionskriterierna var ryggsmärta av graden fem centimeter eller mer på VAS (visuell analog skala, tio cm) med rörelseutlöst smärta och vilovärk under minst tre månader. Ingen annan medicinering var tillåten under studien. Effektvariabeln som var 30 % minskning av Aarhus ryggindex, uppnåddes av 61 % av patienterna i capsaicingruppen och av 43 % i placebogruppen vilket var statistiskt signifikant. Andelen som angav frihet från symptom eller förbättring var 76 % med capsaicin, vilket var signifikant skilt från 51 % som angavs med placebo [6]. 6.2.1 Biverkningar och användning De vanligast förekommande bieffekterna är lokal irritation såsom sveda och värmekänsla. I studien med Termo plåster rapporterades biverkningar av 23 patienter i capsaicingruppen och av 15 patienter i placebogruppen. Fem capsaicinbehandlade patienter fick mer uttalade hudreaktioner som dermatit, kontakteksem, urticaria och vesikler. Två patienter i placebogruppen fick liknande hudreaktioner. Behandlingen tolererades väl av 60 % hos de capsaicinbehandlade patienterna och av 82 % hos de placebobehandlade. Högst ett plåster (22 x 14 cm) per dag bör användas och det kan sitta kvar i upp till 12 timmar. Minst 12 timmar bör minst ha förflutit innan ett nytt plåster appliceras [6]. 10
7. Referenser [1] Rang HP, Dale MM. Pharmacology. Second ed. Hong Kong: Churchill Livingstone; 1991. p. 711-12. [2] American Chemical Society. Red-hot chili peppers. 2003. [cited 2005 January 5] Available from: http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/8144peppers.html [3] Basbaum AI, Caterina MJ, Julius D, Leffler A, Malmberg AB, Martin WJ, et al. Impaired Nociception and Pain Sensation in Mice Lacking the Capsaicin Receptor. Science 2000;288:306-13. [4] Läkemedelsindustriföreningen. Capsina. 2004. [cited 2005 January 5] Available from: http://www.fass.se [5] Bioglan AB. Hot Stuff! [cited 2005 January 5] Available from: http://www.pdf.nu/bioglan/pdf/capsina_produktbr_lag.pdf [6] Läkemedsverket. Capsina (kapsaicin). 1997 [cited 2005 January 5] Available from: http://www.mpa.se/mono/capsina.shtml [7] Sawynok J. Topical and peripherally acting analgesics. Pharmacol Rev. 2003; 55(1):1-20. 11
[8] Livslust Sveriges Television AB. Kryddor med kraft - chilipeppar och spansk peppar. 2002 [cited 2005 January 5] Available from: http://www.svt.se/karlstad/livslust/s0228.html [9] Henriette s herbal homepage. King s American dispensatory. 2004 [cited 2005 January 5] Available from: http://www.ibiblio.org/herbmed/eclectic/kings/capsicum.html [10] Morrison EY, Ragoobirsingh D, Tolan I. Isolation and purification of the hypoglycaemic principle present in Capsicum frutescens. Phytother Res. 2004;18(1):95-6. 12