Actualización en la farmacología de Spirulina (Arthrospira), un alimento no convencional

Germán Chamorro, María Salazar, Katia Gomes de Lima Araújo, César Pereira dos Santos, Guillermo Ceballos y Luis Fabila Castillo

Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, M.A.D. México - Universidade Federal Fluminense, Niteroi, Brasil

    La Spirulina (Arthrospira), alga filamentosa unicelular, es una cianobacteria que se cultiva en algunos países, como alimento para consumo humano y animal, así como para la obtención de aditivos utilizados en formas farmacéuticas y alimentos. Esta alga es fuente rica en proteínas, vitaminas, aminoácidos, minerales y otros nutrientes, por lo que su principal uso es como suplemento alimenticio. Sin embargo, en los útlimos años se le han atribuído diversas propiedades farmacológicas. Así, se ha comprobado a nivel experimental in vivo e in vitro su efectividad en el tratamiento de algunos tipos de alergias, anemia, cáncer, hepatotoxicidad, enfermedades virales y cardiovasculares, hiperglicemia, hiperlipemia, inmunodeficiencia y procesos inflamatorios, entre otros. Varias de esas actividades se deben a la Spirulina per se o a algunos de sus constituyentes, entre los que destacan el ácido graso poliinsaturado w -3 y w -6, b -caroteno, a -tocoferol, ficocianina, compuestos fenólicos y un complejo aislado recientemente, el Ca-Spirulan (Ca-SP). En el presente artículo se hace una actualización y revisión crítica de los resultados publicados durante los últimos años, en relación a tales propiedades. Se concluye que aunque esta cianobacteria ha sido de las más estudiadas desde el punto de vista químico, farmacológico y toxicológico, es necesario ampliar las investigaciones con el fin de contar con datos más consistentes para su posible aplicación en seres humanos.

Palabras clave: Algas verde azules, Spirulina, Arthrospira, farmacología.

SUMMARY. 

    Update on the pharmacology of Spirulina (Arthrospira), an unconventional food. Spirulina (Arthrospira), a filamentous, unicellular alga, is a cyanobacterium grown in certain countries as food for human and animal consumption. It is also used to derive additives in pharmaceuticals and foods. This alga is a rich source of proteins, vitamins, amino acids, minerals, and other nutrients. Its main use, therefore, is as a food supplement. Over the last few years, however, it has been found to have many additional pharmacological properties. Thus, it has been experimentally proven, in vivo and in vitro that it is effective to treat certain allergies, anemia, cancer, hepatotoxicity, viral and cardiovascular diseases, hyperglycemia, hyperlipidemia, immunodeficiency, and inflammatory processes, among others. Several of these activities are attributed to Spirulina itself or to some of its components including fatty acids w -3 or w -6, b -carotene, a -tocopherol, phycocyanin, phenol compounds, and a recently isolated complex, Ca-Spirulan (Ca-SP). This paper aims to update and critically review the results published over the last few years with regards to these properties. The conclusion is that even if this cyanobacterium has been one of the most extensively studied from the chemical, pharmacological and toxicological points of view, it is still necessary to expand the research in order to have more consistent data for its possible use in human beings.

Key words: Blue-green algae, Spirulina, Arthrospira, pharmacology.

    El uso de las algas en el tratamiento o prevención de diversos padecimientos es conocido desde hace algunos años, comprobándose sus propiedades farmacológicas en diferentes modelos experimentales (1). Entre ellas destacan las de la cianobacteria Spirulina, alga verde-azul que en algunos países se cultiva como suplemento alimenticio, fuente de colorantes y de aditivos para las industrias farmacéutica y alimentaria (2).

    Estudios a corto, mediano y largo plazo en animales de laboratorio (3-8) han demostrado que la Spirulina no produce efectos indeseables, lo que representa una ventaja en relación a otras algas, que han ocasionado toxicidad y muerte en animales domésticos y salvajes (9), así como en el humano (10), principalmente por la presencia de hepato y neurotoxinas (11).

    Belay et al. (12) y Chamorro et al. (13), publicaron una revisión sobre trabajos que se habían realizado hasta entonces en la literatura científica sobre farmacología y toxicología de la Spirulina. Después, diferentes autores han continuado con el estudio de algunos de esos efectos o descubierto nuevas propiedades del alga, que han dado lugar a un número importante de publicaciones. De la misma forma, se han efectuado estudios con sus componentes como ácido g -linolénico, ficocianina y el Ca-SP, un polisacárido sulfatado, este último, quelante de ese metal (14-16).

    El objetivo del presente artículo es hacer una actualización y análisis crítico de tales trabajos, con el fin de conocer otras posibles aplicaciones farmacéuticas de la Spirulina y componentes mencionados.

    Además, con el propósito de contar con un panorama general de las diferentes propiedades del alga, en la Tabla 1 se hace un resumen de los diversos trabajos analizados, indicando la actividad terapéutica, modelo utilizado, resultados obtenidos y referencia consultada.

    Se ha sugerido que la Spirulina protege contra el desarrollo de alergias (17) habiéndose publicado al respecto dos trabajos, donde se demuestra que el alga disminuye las reacciones anafilácticas (18, 19). El experimento consistió en administrar a ratas un compuesto que desgranula las células cebadas, produciendo un choque anafiláctico mortal. La inyección de suspensión de Spirulina por vía intraperitoneal una hora antes de la administración del compuesto, evitó la muerte de los animales en un 100% e inhibió una reacción de anafilaxia cutánea pasiva. En estos mismos trabajos se demostró que en cultivos de células cebadas intraperitoneales, la Spirulina bloquea la liberación de histamina y del factor de necrosis tumoral (TNF-a ) inducida por IgE.

    La reducción de las manifestaciones de la anafilaxia tanto in vivo como in vitro , se debe posiblemente a un efecto directo sobre las células cebadas (18, 19). Es importante que estos hallazgos se confirmen empleando otros modelos experimentales.

    La Spirulina incluída en la dieta de ratas a concentración del 45% (equivalente al 22% de proteína) y proporcionada sola o en combinación con gluten de trigo durante la primer mitad de la gestación y la lactación, aumentó el contenido de hierro y hemoglobina más que la de la caseína y gluten de trigo juntos, habiendo también incrementado el número de fetos por madre (20). Así mismo se observó que la pérdida tanto del hierro almacenado como del sérico en el día 20 de la gestación fue relativamente mayor que en los grupos alimentados con Spirulina. Esto puede deberse a un aumento en la demanda de hierro, debido a que las ratas alimentadas con el alga, tuvieron mayor número de productos que los testigos. El estudio muestra un buen potencial hematológico de la Spirulina durante la gestación y lactación, por lo que puede servir como un suplemento para combatir la anemia, siendo la disponiblidad del metal en la Spirulina comparable a la del sulfato de hierro estándar (21).

    El suplemento de hierro durante ciertos períodos de la gestación es muy importante (22). En el caso del humano, el hierro materno pasa a través de la placenta por transporte activo y una deficiencia da como resultado una carencia en el almacenamiento de este nutriente por parte del neonato (23).

    En un experimento realizado recientemente por Mishima et al., (24), se observó que el Ca-SP inhibió la invasión de melanoma B16-B6, carcinoma de colon 26M3.1 y células del fibrosarcoma HT-1080, a través de la reconstitución de la membrana basal (matrigel). También detuvo la migración haptotáctica de células tumorales a la lamininina, aunque no tuvo efecto sobre la fibronectina.

    Mittal et al. (25) por su parte, observaron después de la administración oral de 800 mg/kg de Spirulina a ratones, inducción significativa en la actividad de la glutatión-S-transferasa hepática, enzima involucrada en el desarrollo de tumores.

    La protección contra el cáncer ha sido atribuída a los componentes del alga con actividad antioxidante, entre los cuales se encuentra el b -caroteno (27), uno de los principales carotenoides implicados en el sistema de defensa contra los radicales libres. El b -caroteno natural, que se encuentra en cantidad importante en Spirulina, Dunaliella, en muchas frutas y vegetales, contiene aproximadamente 50% de todo-trans b -caroteno así como también 9-cis-b -caroteno (28).

    Además de los carotenoides, la ficocianina, una de las principales ficobiliproteínas de la Spirulina, que bajo ciertas condiciones de crecimiento puede representar más del 20% de la proteína, ha revelado propiedades preventivas. Así, al inducir tumores en ratones, la supervivencia de los alimentados con ficocianina fue significativamente más alta que la de los grupos testigo (29). En estudios posteriores con estos roedores, se observó que la ficocianina aumentó la actividad linfocítica, lo que sugiere que puede estimular el sistema inmune, protegiendo contra una variedad de enfermedades.

    Los resultados del estudio de Mishima et al. (24) muestran por su parte que el complejo Ca-SP, puede reducir la metástasis pulmonar de células B16-B6 de melanoma por inhibición de la invasión tumoral de la membrana basal, probablemente a través de la prevención de la adhesión y migración de las células tumorales a la laminina y de la actividad heparanasa.

    Los hallazgos mencionados eran de esperarse pues previamente se encontró que , extractos combinados de dos algas, Spirulina y Dunaliella, ricas en b -caroteno, inhibieron la carcinogénesis provocada en la cavidad oral de cricetos, posiblemente por estimulación de la respuesta inmune (30, 31).

    Sin embargo, se puede decir que es prematuro atribuir con certeza a la Spirulina o ficocianina una quimioprevención del cáncer. Deben esperarse los resultados de estudios clínicos, actualmente en marcha, antes de su aplicación en grandes poblaciones (28).

    El Ca-SP aumentó en 10,000 veces la actividad anti-trombina del cofactor II de la heparina (32) e indujo eficientemente la producción de un activador de plasminógeno específico de tejido a través de un proceso translacional, cuyo mecanismo se desconoce.

    Debido a que el CA-SP es un polisacárido sulfatado nuevo, diferente de la heparina, es de esperarse que puedan conocerse en el futuro otras actividades biológicas (33). Aunque estos dos efectos fueron estudiados en experimentos in vitro indican que la Spirulina también podría tener una actividad anticoagulante importante in vivo.

    Es muy probable que este efecto se deba a los diferentes mecanismos de quimioprotección, entre los cuales es posible la inducción de la capacidad celular para reparar el daño inducido en el DNA y el aumento en la actividad antioxidante a través del atrapamiento de radicales libres u otros mecanismos celulares y extracelulares (35). Ya en estudios anteriores efectuados por Qishen et al., (36), en los que la Spirulina redujo la frecuencia de micronúcleos en médula ósea de ratones sometidos a radiaciones gama, se anticipó que su efecto protector se debía probablemente a un mecanismo similar.

    La actividad antioxidante del alga se ha demostrado utilizando homogeneizado de hígado de rata (37) o plasma (38). Al parecer, la ficocianina es uno de los componentes responsable de esta acción, como fue demostrado por Romay y González (39) y especificamente su grupo cromóforo, la ficocianobilina, de acuerdo a lo que fue comunicado por Bhat y Madyastha (40) en experimentos in vivo e in vitro.

Antihepatotóxico

    Torres-Durán et al. (41) comunicaron que la Spirulina, proporcionada a ratas a una concentración del 5 % en la dieta, disminuyó la concentración de triacilgliceroles séricos, que había sido incrementada por tetracloruro de carbono, 2 o 4 días después de su administración. Vadiraja et al. (42), además, encontraron que la ficocianina C, proveniente de Spirulina, administrada también a ratas por vía intraperitoneal a dosis de 200 mg/kg antes de R-(+) pulegón o tetracloruro de carbono, daba lugar a concentraciones de la transaminasa glutámico oxalacética igual que en los testigos y evitaba el decremento de citocromo P450 microsomal, glucosa-6-fosfatasa y aminopirina-N-desmetilasa, indicando una protección de las enzimas hepáticas.

    Ya que el efecto hepatotóxico, está relacionado con la producción de radicales libres, es posible que el potencial hepatoprotector de Spirulina maxima, se deba a sus constituyentes tales como ácido g -linolénico, sulfolípidos, selenio, clorofila, caroteno y vitaminas E y C (43). El ácido g - linolénico y los sulfolípidos han sido también implicados en otras propiedades farmacológicas (44).

    La ficocianina, que igualmente inhibió el daño hepático producido por R-(+) pulegon y CCl₄, lo hace posiblemente reduciendo la formación de metabolitos reactivos (42).

    Dosis de 100 y 200 mg/kg de ficocianina C, obtenida de Spirulina, administradas oralmente a ratones, redujeron la inflamación de las extremidades producida por glucosa oxidasa (45). En otro experimento Romay et al. (46), encontraron que este pigmento disminuyó significativamente el edema producido por ácido araquidónico y acetato de 12-O-tetradecanoil forbol. También redujo el causado por la inoculación de carragenina en la extremidad posterior de ratas y el granuloma provocado por la implantación de algodón. En un reciente experimento, Romay et al., (47) encontraron que la ficocianina C inhibió significativamente el edema y las concentraciones de leucotrieno TB₄ inducidos por ácido araquidónico. Además se encontró efecto antiinflamatorio en la colitis, originado en ratas por enema de 1 ml de ácido acético al 4%.

    Es probable que la actividad antiinflamatoria se deba también a sus propiedades antioxidantes, al atrapamiento de radicales libres de oxígeno y tal vez a su efecto inhibitorio en el metabolismo del ácido araquidónico (46). En relación a lo anterior, hay bastante evidencia de que ciertos tipos de inflamación tisular son causados por especies reactivas de oxígeno (48). En efecto, en los sitios de inflamación se forman oxidantes tales como radicales superóxido e hidroxilo, peróxido de hidrógeno y ácido hipocloroso.

    Tomando en cuenta que las microalgas son usadas como suplementos dietéticos en muchos países, los resultados con ficocianina en el tratamiento de la colitis son evidentes y pueden ser relevantes para el uso potencial de las microalgas como suplemento en pacientes con padecimientos inflamatorios del intestino (49).

    En ratones BALB/c inoculados con Plasmodium chabaudi y tratados con 250, 500 y 1000 mg/kg por vía oral, no se observaron diferencias importantes en la parasitemia, aunque no desarrollaron el fenómeno de recrudescencia. Por otra parte las respuestas de anticuerpos contra Plasmodium chabaudi fue igual en ratones testigos y tratados (26).

    Se desconoce el o los mecanismos de la Spirulina por los que ratones infectados con P. Chabaudi no presenten este fenómeno. Es probable que se estimule algún mecanismo antiparasitario que puede tardar varios días. Debido a que la producción de anticuerpos fue practicamente igual en ratones tratados y testigos, se descarta la posibilidad de estimulación del sistema inmune (26).

    La Spirulina administrada a dosis de 800 mg/kg a ratones albinos Swiss antes y después del tratamiento con acetato de plomo, aumentó su tiempo de supervivencia y protegió del efecto del metal sobre el peso de los testículos, peso corporal y diámetro tubular de espermatogonias A y B, espermatocitos primarios y secundarios y espermátides (50).

    Se ha observado que en la intoxicación con este metal, el ácido 5-aminolevulínico genera radicales libres de oxígeno que conducen a muerte celular (51) y por otra parte disminuye la síntesis de DNA (52). Al ser la Spirulina una fuente rica en antioxidantes y capaz de aumentar su síntesis (53), protege y evita el daño causado por este metal.

    El Ca-SP, inhibió la replicación del virus Herpes simplex tipo 1 (HSV-1) y el de la inmunodeficiencia humana (HIV-1). La actividad anti HIV-1 del Ca-SP es similar a la del sulfato de dextrán (S-DEX), aunque más potente. La S-DEX tiene actividad anticoagulante, lo cual limita su utilización in vivo; sin embargo, el Ca-SP ofrece la ventaja de que posee actividad de ese tipo mucho menor, de tal forma que se podría alcanzar in vivo una actividad anti HIV-1 a concentraciones que no afecten la coagulación (14). En un estudio efectuado recientemente, Lee et al. (54), comprobaron que el reemplazo del ion Ca en la molécula del Ca-SP por los cationes sodio y potasio, mantenían la actividad viral, al contrario de los metales trivalentes, que la redujeron. Así mismo la depolimerización del complejo con sodio disminuyó dicha actividad.

    La actividad anti HIV-1 ha sido confirmada por otro grupo (55), que además de encontrarla en la fracción polisacarídica, se observó también en una fracción soluble en etanol y libre de polisacáridos y taninos.

    Hernández Corona (56), había observado que el extracto acuoso del alga presentó actividad antiviral contra HSV-2, PRV, HCMV y adenovirus, respectivamente. Todo parece indicar que afecta los eventos que ocurren durante las primeras dos horas del ciclo viral, que corresponden a la adsorción y penetración, sin afectar las etapas subsecuentes de biosíntesis (57, 58). Sin embargo, hasta donde se sabe, no se ha estudiado si tiene algún efecto en modelos de infección viral in vivo.

    Siguiendo los enfoques modernos, no es sorprendente que los extractos de algunas algas muestren inhibición de la acción citopática del virus HIV-1 (59). En sí, algunos han sido efectivos contra HIV in vivo e in vitro y los agentes activos han resultado ser homopolisacáricos y heteropolisacáridos sulfatados, sulfoglicolípidos, carrageninas e hidroquinonas sesquiterpénicas (60). Tal es el caso de Lyngbya lagerheimii y Phormidium tenue. También se encontraron extractos de cianobacterias con propiedades inhibitorias a partir de Phormidium cebennse, Oscillatoria raciborskii, Scytonema burmanicum, Calothrix elekinii y Anabaena variabilis (28).

    Se evaluó en ratas el efecto de la administración oral de Spirulina durante 2 semanas, sobre las respuestas vasomotoras de anillos de aorta con y sin endotelio, frente a la fenilefrina, tanto en presencia y ausencia de indometacina, o indometacina más el metil ester Nw -nitro-L-arginina y al carbacol. La Spirulina tuvo efecto sobre las respuestas vasomotoras dependientes del endotelio y disminuyó el tono vascular al incrementar la síntesis y liberación de óxido nítrico así como de un eicosanoide vasodilatador dependiente de la ciclooxigenasa. También disminuyó la síntesis y liberación de un eicosanoide vasoconstrictor (61). Por otra parte, previno los efectos vasomotores causados por un dieta rica en fructosa, cuando fue administrada durante 6 semanas (62). Es probable que los efectos vasomotores del alga sean dependientes del endotelio. Resultados de un estudio llevado a cabo con el extracto etanólico de Spirulina máxima, sugieren que hay un aumento en la síntesis o producción de un prostanoide vasoconstrictor dependiente de ciclooxigenasa por las células del tejido vascular liso (63).

    Lima Araujo (64) estudió el efecto de biomasas de Spirulina de diferentes orígenes, sobre la glicemia y tolerancia a la glucosa de ratas normales y diabéticas inducidas por aloxana. Las biomasas se adicionaron a las dietas, a concentraciones de 5% y 10%, que fueron administradas a los animales por 28 días, durante los cuales se determinó la glicemia. Al final se realizó una prueba oral de tolerancia a la glucosa en cada grupo. No se encontró diferencia significativa en los niveles glicémicos en los animales normales en relación a los testigos. En los animales diabéticos, se observó efecto hiperglicemiante en todos los grupos alimentados con las biomasas.

    Posteriormente se realizaron extracciones de una de las biomasas con diclorometano y metanol y los extractos obtenidos se administraron a ratas normales y diabéticas. El extracto diclorometánico presentó efecto hiperglicemiante en las ratas normales y diabéticas, sugiriendo la presencia de un principio hiperglicemiante en el extracto. El extracto metanólico presentó efecto hipoglicemiante solamente en las ratas diabéticas, mostrando que además del principio hiperglicemiante de baja polaridad, existe uno hipoglicemiante de alta polaridad, pero cuyo efecto debe haber sido suprimido por aquel de la biomasa integral. En función de estos resultados y de otros previos relatados por Hosoyamada et al. (65), quien trabajó con las fracciones solubles e insolubles de Spirulina, agregadas a concentraciones del 20 % en la dieta de ratas, Lima Araújo (64) concluye que, posiblemente, las biomasas de distintas procedencias deben presentar diferentes propiedades, y que es necesaria la caracterización de las substancias responsables de los efectos descritos.

    Recientemente, Torres-Durán et al. (37), comunicaron que el extracto oleoso y también el alga, exenta de grasa, proporcionados a ratas durante cinco días a concentraciones del 5% en la dieta, produjeron decremento de los lípidos hepáticos totales y triacilgliceroles. Además, no se observó aumento en el colesterol hepático, provocado por el tetracloruro de carbono. Por otra parte, las ratas que recibieron Spirulina completa en su dieta y se trataron unicamente con el vehículo, mostraron aumento en el colesterol-HDL.

    Algunas algas como Cystoseira barbata, Fucus gardnerii y Phyllophora nervosa, han demostrado disminuir los niveles de colesterol plasmático, habiéndose aislado en algunos casos los principios activos responsables de tal actividad como son esteroles insaponificables y ácidos grasos. También se han estudiado los efectos de algas marinas verde-azules (Monostroma nitidium, Ulva pertusa, Enteromorpha compressa y E. Intestinalis) sobre el metabolismo del colesterol en ratas (28). Además, el colesterol hepático ha sido reducido hasta en un 50% por el alga en polvo y por el material extraído de ella con agua o disolventes; el residuo obtenido después de la extracción mostró los mejores efectos. De esos resultados se puede inferir que la fibra cruda de las algas representan el componente efectivo, hecho que también se ha observado con las algas marinas (28), lo que tratándose de dietas para el ser humano representaría el concepto más amplio de fibra dietética (68).

    Se ha informado que el tratamiento de cultivos de macrófagos de pollo con un extracto de Spirulina, aumentó su capacidad fagocítica intrínseca, aunque no mejoró la de partículas opsonizadas. Además, los macrófagos tratados produjeron una sustancia soluble capaz de matar células tumorales (69).

    El mismo grupo de investigadores también estudió el efecto de la adición de Spirulina a la dieta de pollos (70). Se encontró que la inmunización con eritrocitos de carnero (EC), produjo respuestas primarias de anticuerpos similares a la de los que recibieron dieta sin el alga; sin embargo, los pollos con dieta de Spirulina dieron mejores repuestas secundarias y mejores pruebas in vivo de inmunidad mediada por células; así mismo sus macrófagos presentaron mayor actividad fagocítica en cultivo y las células del bazo, una mayor actividad de células asesinas naturales.

    En otro trabajo, Qureshi y Ali (71) observaron que si se adiciona extracto de Spirulina a cultivos de macrófagos alveolares de gato, fagocitan mejor a EC y a bacterias.

    Recientemente Hayashi et al. (17) describieron que la Spirulina tiene la capacidad de aumentar, en ratones, las respuestas de IgA cuando se administra antes o al mismo tiempo que el antígeno. También incrementó ligeramente la respuesta de IgG1 pero no modificó la de ningún otra clase o subclase de inmunoglobulina, incluyendo a la IgE.

    El efecto de la Spirulina sobre el sistema inmune parece deberse a una estimulación importante de las actividades del macrófago. Es posible que también induzca su capacidad de funcionar como célula presentadora de antígeno, lo que explicaría los hallazgos de que la Spirulina administrada in vivo, mejora la respuesta inmune de anticuerpos (17, 69, 72). El macrófago estimulado por la Spirulina también podría producir citocinas en mayores cantidades, las cuales afectan la respuesta o actividad de otras células linfoides. Esto podría justificar varios hallazgos, como el de que la Spirulina sea mitogénica para células de bazo, que mejore su respuesta proliferativa a Concavalina-A y que produzca un factor que provoque la muerte de células tumorales (71), hecho probablemente debido al TNF-a y a que los ratones tratados con Spirulina tengan una alta actividad de células NK (68). Este último efecto podría ser el resultado de la producción de IL-12, citocina sintetizada por macrófagos y que entre otras propiedades sea un potente activador de las células NK (73). Hay que considerar también que con los datos actuales no se puede descartar que la Spirulina actúe directamente sobre las células NK o induzca la producción de otras citocinas activadoras de las células NK. De cualquier forma, el efecto combinado de la producción de TNF-a y aumento de la actividad NK le conferiría posibles propiedades antitumorales. Sería interesante que se estudiara el efecto del alga sobre la producción de las citocinas producidas por macrófagos y se caracterizara las moléculas que median este efecto.

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