Introducción
Los mosquitos de la especie Aedes aegypti L. (Díptera: Culicidae) son los principales vectores de transmisión al hombre de los virus del Dengue, Zika y las fiebres Chikungunya y Amarilla. Esta especie, es actualmente endémica en más de 100 países y está presente en las zonas que vive más de la mitad de la población mundial.1,2 A finales del 2019, en la región de las Américas se reportó más de 3.1 millones de casos de dengue, el mayor número en la historia, y solo por esta enfermedad más de 1500 defunciones. Esta situación implica un globalizado impacto negativo sobre diversas comunidades en el mundo.3
En Cuba, la especie A. aegypti se encuentra diseminada en todo el país, sobre todo en los sitios urbanizados asociados a la actividad humana que genera la disponibilidad permanente de sus criaderos potenciales.4 La Organización Panamericana de la Salud (OPS) como parte de su gestión integrada para la prevención y control del dengue recomienda el uso de diversas estrategias para reducir las altas densidades de mosquitos.3,5 El uso extensivo del control químico, ha favorecido el desarrollo de resistencia fisiológica de los vectores a los insecticidas y efectos secundarios duraderos a organismos y el ambiente. Por consiguiente, es necesario identificar nuevas y efectivas alternativas de insecticidas de mayor especificidad y ecológicamente más seguros.5,6
La estrategia del uso de insecticidas botánicos es una alternativa de control accesible y de bajo costo, debido a que diversas especies vegetales con actividad reconocida crecen con facilidad o son endémicas de áreas geográficas en las que se desarrolla esta especie de mosquito. Además, la obtención de estos bioproductos no requiere de metodologías complejas, tienen la ventaja de ser más biodegradables que los sintéticos y no afectar la fauna benéfica. La actividad insecticida de aceites esenciales (AE) aislados de plantas aromáticas para el control vectorial ha sido demostrada y son alentadores los efectos ovicidas, larvicidas, reguladores del crecimiento, adulticida-repelentes evidenciados frente a poblaciones de mosquitos A. aegypti.7,8
Entre las plantas aromáticas con acción insecticida se encuentra la Curcuma longa L., especie herbácea, rica en aceite esencial en sus rizomas, perteneciente a la familia Zingiberaceas. Esta especie, originaria del Sudeste de Asia se ha extendido a la mayoría de los países tropicales de América, África y las islas del Pacífico. Sus rizomas han sido usados tradicionalmente como fuente de colorantes para alimentos, cosméticos, textiles y por sus muy apreciadas propiedades medicinales. El mayor productor, consumidor y exportador de C. longa es la India.9,10 En Cuba, actualmente el cultivo y producción de Curcuma se ha extendido a todas las provincias en condiciones de agricultura urbana y los rendimientos en plantas provenientes de cultivo de tejidos fueron superiores en comparación con las propagadas por el método tradicional, lo que favorece la necesaria disponibilidad de la especie.11
Curcuma longa es la especie más investigada del género Curcuma. Estudios realizados en diversas regiones geográficas del mundo han demostrado que el contenido y composición del AE de los rizomas de Curcuma longa varía con genotipos, variedades, condiciones climatológicas, condiciones de cultivo, madurez y almacenaje de la especie; así como con los métodos de secado y extracción del aceite, entre otros factores.10,12-15 Reportes de la composición química de los componentes mayoritarios en estudios realizados en diferentes regiones de un mismo país, muestran variaciones significativas.12,14,15 Por lo tanto, el análisis químico se convierte en una herramienta particularmente necesaria para demostrar la calidad del AE y su relación con la actividad biológica.
El AE de C. longa es una mezcla compleja y muy variable de compuestos orgánicos volátiles en concentraciones muy diferentes. La caracterización físico-química del AE de los rizomas de Curcuma longa L. cultivada en la región oriental de Cuba no ha sido reportada y considerando la demanda de productos naturales con acción insecticida, inocuos o pocos invasivos que puedan contribuir al control integral de este vector, fue objetivo determinar sus parámetros físico químicos y la potencial actividad insecticida (larvicida y adulticida) frente a poblaciones de mosquitos A. Aegypti.
Materiales y métodos
El trabajo experimental se realizó en los laboratorios de Productos Naturales del Centro de Estudios de Química Aplicada (CEQA) de la Universidad de Granma, de Química Orgánica del Instituto de Química de la Universidad de Rostock en Alemania y de Control Químico de Vectores del Instituto de Medicina Tropical “Pedro Kouri”(IPK), en La Habana, Cuba.
El material vegetal de Curcuma longa L. se recolectó de forma aleatoria, en áreas del Parque Nacional Sierra Maestra, de la provincia Granma, en marzo de 2019, a temperatura de 23 ºC y fue clasificado con el objetivo de eliminar la parte del material que no reunía las condiciones óptimas para el estudio. Los rizomas fueron desinfectados con agua potable e hipoclorito de sodio (0,1 %) y posteriormente cortados y triturados. Para la identificación de la especie se herborizó un ejemplar representativo que fue depositado en la colección del Departamento de Ingeniería Forestal de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad de Granma (UDG H 012).
El proceso de extracción del AE de los rizomas frescos de C. longa se realizó por hidrodestilación en un aparato tipo Clavenger. El aceite fue colectado en diclorometano, separado y secado sobre sulfato de sodio anhidro (Na2SO4). El disolvente fue separado del AE a temperatura de 40 ºC y presión atmosférica en un rotoevaporador IKA RV10, de fabricación alemana, hasta su total eliminación. El AE fue medido para calcular el rendimiento porcentual (masa/masa) y reportado como el promedio de los rendimientos de tres extracciones sucesivas. El AE extraído fue conservado en frascos ámbar a temperatura de 4 ºC.
La calidad del AE se evalúo mediante los parámetros organolépticos y químico - físicos. El índice de refracción (n 20D, 20 ºC) fue determinado en un equipo KRÜSS, modelo AR-4, la rotación óptica (C:1, 24 ºC, CHCl3) medida en tubos de 2 cm de largo en un polarímetro GYROMAT-HP, modelo DR. KERNCHEN y la densidad relativa expresada en g/mL determinada por picnometría, utilizando un micro picnómetro BRABD WERTHEIM de 1 ml a la temperatura de 22 ºC. Todos los resultados se reportaron como la media de tres mediciones sucesivas. Los perfiles de los espectros ultravioleta (UV-vis) e infrarrojo (IR) fueron realizados en equipos Perkin-Elmer Lambda 2UV-Spectrometer y 380 FT-IR Spectrometer, respectivamente. Los espectros UV fueron obtenidos de disoluciones de etanol utilizando celdas de cuarzo de 1 cm de espesor y los espectros IR registrados en bromuro de potasio. Todos los equipos usados son de procedencia alemana.
Para evaluar la actividad insecticida, los bioensayos se realizaron en dos poblaciones de mosquitos A. aegypti; la población Rockefeller, cepa de referencia susceptible a insecticidas suministrada por el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de San Juan, Puerto Rico y la población Marianao 2013, cepa colectada en los estados de larva y pupa, en un tanque bajo que contenía Temefos, del área de salud Finlay, municipio Marianao, La Habana, Cuba, en el año 2013 durante una etapa intensiva de control vectorial.
La actividad larvicida del aceite esencial se determinó según la metodología de la OMS.16 Se prepararon disoluciones etanólicas de diferentes concentraciones de manera que al añadir 1 mL en 99 mL de agua declorinada, se lograron concentraciones finales que oscilaron entre 8 y 150 mg/L. Por cada disolución evaluada, se utilizaron 125 larvas de tercer estadío tardío o cuarto temprano distribuidas en un control y cuatro réplicas a razón de 25 larvas por recipiente. Se utilizó como control positivo Temefos grado técnico y como control negativo 1ml de etanol en 99 mL de agua. Transcurridas 24 h de añadir las diferentes disoluciones del aceite esencial se determinó la mortalidad. Se tomó como criterio de mortalidad; la ausencia de nado, incapacidad para flotar y la inmovilidad de las larvas ante el estímulo de un alfiler entomológico. Las concentraciones letales 50 (CL50) y 90 (CL90) se calcularon teniendo en cuenta el número de individuos muertos por concentración.
Los bioensayos para determinar la actividad adulticida fueron realizados por dos métodos diferentes, la metodología de botellas impregnadas siguiendo el protocolo del Centro para el Control de Enfermedades (CDC) 17 modificado por la utilización de botellas de vidrio de 250 mL de capacidad con tapa esmerilada 18 y la metodología de papeles impregnados de la Organización Mundial de la Salud (OMS).19
Mediante la metodología de botellas impregnadas el tiempo diagnóstico (TD) se estableció para 30 min según CDC /17/. Se aplicó 1 mL de las disoluciones de los aceites a diferentes concentraciones a cada botella y el control se impregnó con un 1mL de acetona. Las botellas se cubrieron con papel de aluminio culminada la impregnación y se taparon transcurridas 24 h. Para los bioensayos se colocaron 15 hembras de tres días de edad en cada botella, comenzando por el control. Durante 1 h los individuos se observaron y contabilizó el número de derribados cada 5 min. Fueron considerados muertos aquellos mosquitos que no pudieron volar cuando se movía la botella con suavidad o los que se mantuvieron inmóviles en el fondo de la botella.
Para determinar la actividad adulticida mediante papeles impregnados de soluciones del aceite esencial se impregnaron papeles de filtro (12 x 15 cm) con 2 mL de disoluciones cetónicas a igual concentración que las utilizadas con las botellas. En cada tubo se colocaron en su interior 20 hembras de 3 días de edad. Se expusieron por un período de 1 h y posteriormente los mosquitos adultos se transfirieron a tubos de reposo y mantenidos en posición vertical por 24 h, según metodología de la OMS.19
En ambos métodos se utilizó 50 mg/mL de las disoluciones del AE como dosis diagnóstica y se conformaron para el estudio un grupo control y 4 réplicas de cada población de mosquitos por concentración a evaluar. Además, como control positivo se utilizaron papeles impregnados con malation al 5 % por ser la dosis diagnóstico más alta que describen los informes de la OMS. Los tiempos de derribo que provocaron el 50 y el 90 % de derribo (TD50 y TD90) para cada población fueron calculados con el número de individuos derribados cada 5 minutos, usando la dosis mínima que provocó el 100 % de derribo a los 30 min.
Las concentraciones letales (CL50 y CL90) y tiempos de derribo (TD50 y TD90) y otros parámetros calculados posterior a la exposición de los aceites esenciales en estudio sobre las poblaciones de Ae. Aegypti se obtuvieron mediante la prueba Probit del programa estadístico SPSS (versión 11 para Windows). A todos los datos obtenidos se le comprobó la normalidad por la prueba de Kolmogorov-Smirnov y la homogenidad de varianza según Bartlett, se sometieron a un análisis de varianza (ANOVA) de clasificación simple y comparación múltiple de medias según la prueba paramétrica de Tukey a una probabilidad de error al 1 % (p < 0,01).
Resultados y discusión
El AE de los rizomas frescos de Curcuma longa L. fue extraído por hidrodestilación, uno de los métodos más utilizados.12,13,15 Los compuestos volátiles fueron colectados en diclorometano, para evitar la formación de emulsiones con el agua y solubilizar los componentes menos volátiles. El tiempo de extracción fue de tres horas, incrementos de tiempos no provocaron aumentos significativos del rendimiento y pueden inducir la oxidación de componentes del AE disminuyendo la calidad del mismo.
Determinación de los parámetros químico-físicos del aceite esencial de C. longa
La técnica usada para la extracción del AE garantizó eficiencia y rendimiento (Tabla 1), similar al reportado por Usan et al. 12 en Nigeria (1,24 %) y superior a los reportados por éste método para la especie por Chowdry et al. en Bangladesh 15, Awasthi et al. en la India 20; así como por Torres et al. para aceite de rizomas de C. longa cultivados en la región oriental de Cuba, pero en la zona del Valle del Cauto.21
Aceite Esencial Especie | Rendimiento (%, m/m) | Índice de refracción (ɳ20D, 20 ºC ) | Rotación óptica (C:1,24 ºC, CHCl3) | Densidad (g/mL) T: 23 ºC |
1,20 | 1,496 9 | -33,412 | 0,937 3 |
El AE es un líquido oleoso, de aspecto claro y transparente, de color amarillo muy tenue, olor fuerte penetrante y textura característica de aceite de plantas aromáticas. Estas propiedades organolépticas son evidencia de buena calidad y de que no se produjeron procesos de oxidación natural durante el proceso de extracción.
El índice de refracción determinado es una magnitud que está estrechamente relacionada con la composición química y su valor cambia si el AE se diluye o mezcla con otras sustancias; por lo tanto, es considerado una medida de la calidad y un parámetro que ayuda a controlar la adulteración del mismo.
El AE de C. longa es levógiro como muestra el valor de la rotación óptica en la tabla 1. Es ligeramente menos denso que el agua y demostró buena solubilidad en disolventes orgánicos; en disolventes poco polares como éter de petróleo y diclorometano, medios como el acetato de etilo y polares como la acetona, el etanol y mezclas acuoetanólicas. Este patrón de solubilidad es típico de los aceites de alto contenido de constituyentes oxigenados en su composición, como pueden ser los sesquiterpenos oxigenados.9,10
En la figura 1, se muestra el perfil de intensidad (absorbancia, A) / posición (longitud de onda, λmáx, en nm) del espectro de UV-Vis del AE, caracterizado por una banda de máxima absorción e intensidad media a 237,2 nm que puede ser asociada a las transiciones electrónicas solapadas de varios componentes con anillos aromáticos y con enlaces dobles carbono-carbono, como monoterpenos y sesquiterpenos en los que se producen transiciones de tipo π → π*, esta banda por su intensidad puede ser usada para realizar determinaciones semicuantitativas y ofrecer para el análisis químico valores proporcionales a su concentración; así como podría ser útil para estudios de estabilidad.
La mayor intensidad de absorción de las transiciones antes referidas está relacionada directamente con la mayor abundancia relativa estimada para los compuestos oxigenados conjugados y que ha sido reportado en los estudios de composición química realizados al aceite esencial de la especie en diversas regiones.13,14,20
Las restantes señales del espectro UV-vis corresponden a dos bandas de muy baja intensidad en 306 y 375 nm, que pudieran ser resultado de las contribuciones a la absorbancia total de las transiciones electrónicas η → π* de los heteroátomos presentes en diversos componentes sesquiterpénicos y monoterpenos oxigenados con grupos carbonilos e hidroxílicos respectivamente.22
Por otro lado, el perfil del espectro infrarrojo del AE (Figura 2) muestra las frecuencias (en cm-1) de las señales más significativas, que corresponden a las vibraciones de enlaces dobles carbono-carbono conjugados y de núcleos aromáticos en 1 617,2 y 1 514,5 cm-1 y las vibraciones de 1 680,9 cm-1 característico de grupos carbonilos conjugados a insaturaciones que pudiesen corresponder a sesquiterpenos cetónicos. Además, con intensidad media las señales por debajo de 3000 cm-1 típicas de corrimiento hipsocrómico de grupos hidroxilos y del estiramiento típico de los enlaces de átomos de carbono-oxígeno (C-O) en alcoholes alifáticos y asociado también a fenilheptanos hidroxilados.
Las características descritas del espectro IR evidencian que el AE es una mezcla que contiene compuestos de los grupos principales de componentes mayoritarios en este tipo de sustancia, monoterpenos, sesquiterpenos y fenilalcanos que pueden contener diversos grupos funcionales oxigenados. Además, se corresponde con la presencia de Ar-turmerona y sus isómeros como componentes de mayor abundancia relativa en la composición química del aceite de los rizomas de la especie reportados entre otros por Zhang et al. en China 13, Pino et al. en la región amazónica de Ecuador 14; así como, por Awasthi y Dixit del norte de la India.20
Las muestras del AE fueron conservadas en frascos ámbar a 4 ºC durante 6 meses, y mantuvieron transparencia, textura, olor característico, un pequeño incremento en la coloración amarilla y la variación máxima del índice de refracción fue de (+0.0069), no se observó variaciones significativas de los restantes parámetros físico químicos y en sus espectros de absorción, lo que evidencia poca variación de la composición química, estabilidad y calidad del aceite.
Determinación de la actividad insecticida del AE de C. longa sobre Aedes aegypti
En la tabla 2 se muestran los resultados de la actividad larvicida del aceite esencial sobre la especie A. aegypti. Las disoluciones evaluadas, a diferentes concentraciones, provocaron entre un 10 y 100 % de mortalidad, lográndose calcular, las CL50 y CL90, pendientes de la recta de regresión (b) y sus respectivos χ2. Se evidencia una actividad larvicida significativa, al presentar CL50 inferiores a 100 mg/L sobre las dos poblaciones de mosquitos de la especie estudiada.
Temefos | ||||||||
Población de mosquitos | b ±DE | CL50 (LC) | CL90 (LC) | (2(p) | b ± DE | CL50 (LC) | CL90 (LC) | (2(p) |
Rockefeller | 6,6 |
25,3 (22,3-26,4) | 39,6 (36,2-44,2) | 3,0 (0,021) | 2,15 |
0,005 35 (0,005-0,005 5) | 0,016 2 (0,015 8-0,017 5) | 1,5 (0,23) |
Marianao 2013 | 5,5 |
46,4 (40,2-66,3) | 86,4 (81,7-92,9) | 5,2 (0,97) | 2,55 |
0,018 (0,015-0,02) | 0,256 (0,23-0,28) | 1,8 (0,24) |
Leyenda: b (pendiente); DE (desviación estándar) CL50 y CL90 (concentraciones de la sustancia tóxica que provocan el 50 y el 90 por ciento de mortalidad respectivamente expresada en mg/L); LC (límite de confiabilidad 95%); χ2 (chi cuadrado y su probabilidad).
Ali et al. en 2015 23, informaron para A. aegypti una CL50 para el aceite esencial del rizoma de C. longa igual a 12,7 mg/L (10,7-14,9 mg/L), sin embargo, Kalaivani et al., en 2012 24 obtuvieron una CL50 muy superior (115,6 mg/L) al evaluar C. longa en larvas de A. aegypti. Todas las concentraciones mencionadas se encuentran en un intervalo similar a los obtenidos en el presente estudio.
Como se observa en la tabla 3, mediante la metodología de papeles impregnados en la evaluación de la actividad adulticida Curcuma longa mostró similares resultados frente a las dos poblaciones en cuanto al tiempo en que se logró el 50 % de derribo de los mosquitos, existió mayor diferencia en cuanto al tiempo en que se logró la caída del 90 % de los mosquitos para la población Marianao 2013.
Insecticidas | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Botellas impregnadas | Papeles Impregnados | ||||||
Dosis (mg/ mL) | TD50(h) (LC) | TD90(h) (LC) | Dosis (mg/mL) | TD50(h) (LC) | TD90(h) (LC) | ||
50 | 0,35 (0,30-0,39) | 0,55 (0,48-0,7) | 50 | 0,39 (0,33-0,45) | 0,6 (0,51-0,84) | ||
- | 5 % | 0,5 (0,43-0,56) | 0,41 (0,38-0,47) | ||||
50 | 0,39 (0,31-0,47) | 0,68 (0,55-,22) | 50 | 0,43 (0,35-0,52) | 0,7 (0,57-1,29) | ||
- | 5 % | 1,6 (1,5-1,68) | 2,63 (2,58-2,7) |
Leyenda: TD50 y TD90 (Tiempos que provocan el 50 y el 90 por ciento de derribo (h) respectivamente); LC (límite de confiabilidad 95 %). Malation se utilizó como control positivo de ambos métodos.
La actividad adulticida (tabla 3) evidencia que la respuesta de todas las poblaciones ocurrió de forma homogénea debido a que se logró el 100 % de derribo por ambas metodologías a la misma dosis (50 mg/mL). Por lo cual el AE puede ser efectivo para el control adulticida en esta especie de mosquitos.
El estudio de la actividad insecticida en plantas medicinales que no poseen efectos tóxicos secundarios para la salud humana, como la C. longa, le otorga a la especie un valor complementario invaluable y permitirá ofrecer formulados naturales que facilitarán, de forma racional y sistémica un control efectivo contra especies vectoras de enfermedades tropicales, además de contribuir a la protección del medio ambiente.
Conclusiones
El aceite esencial de los rizomas de C. longa L. fue extraído con buen rendimiento por hidrodestilación y evaluadas sus propiedades organolépticas y parámetros químico-físicos. Los parámetros establecidos para este aceite y los perfiles de sus espectros UV e IR podrían ser usados como patrones de su calidad, constituyendo la primera caracterización reportada para el AE de esta especie cultivada en la región oriental cubana. Los bioensayos realizados, a disoluciones muy diluidas del aceite, evidenciaron actividad larvicida significativa y efectivo control adulticida frente a las poblaciones de mosquitos estudiadas, demostrando el potencial insecticida de la C. longa como una alternativa ecológica y efectiva para el control de mosquitos Aedes aegypti