INVESTIGACIÓN ORIGINAL

LA ESPECTROMETRIA DE MASAS Y LA COCAINACOCAINE AND MASS SPECTROMETRY

Héctor Javier Castro Cruz, Toxicólogo 1

SUMMARY

According to CNRV (National Reference Centerfor Violence) cocaine is a high incidence drugin Colombia. It has been found it is been usedby the different social classes in the country. TheToxicology Lab. Using CG-MSD implementeda method for the identification and confirmationof cocaine (also applicable to non biologicalsamples) and its main metabolites(benzoylecgonine, methyl ester ecgonine andcocaethylene).

Keys words: Mass Spectrometry, Metabolites, m/z

RESUMEN

La cocaína es una sustancia estupefaciente de granincidencia a nivel forense según los datosepidemiológicos del CNRV (Centro Nacional deReferencia para la Violencia). El Laboratorio deToxicología del Instituto Nacional de Medicina Legaly Ciencias Forenses implementa utilizando comotécnica la Cromatografía de Gases conEspectrometría de Masas (CG-MSD), un métodopara la identificación y confirmación de la cocaína ysus principales metabolitos (benzoilecgonina,ecgonina metil ester y cocaetileno) en muestras deinterés forense.

Palabras claves: Espectrometría de Masas,Metabolitos, m/z

INTRODUCCIÓN

Debido a la ingeniosidad de los productores y delos promotores ilegales aparecen en el mercadoilícito, drogas comunes y combinaciones de ellas loque hace necesario una acción rápida por parte delos organismos fiscalizadores y de los peritos queen este trabajo participan utilizando métodos ytécnicas que permiten la separación de las mezclas yla identificación respectiva de cada uno de loscomponentes en tiempo breve y con alta precisión.Por el carácter internacional del tráfico de drogas sehace necesario que la técnicas utilizadas arrojenresultados que puedan intercambiarse rápidamenteentre labolatorios judiciales para así podercomplementar o ampliar información respecto a lasustancia evaluada o difundir rápidamente loscambios obtenidos en las mezclas que se esténusando.

Normalmente la cocaína es usada como anestésicoen ojos y nariz (1,19). Los adictos la usan eninyección o por aspirado (13,15); es menos tóxicacuando se toma oralmente pues se hidroliza en eltracto gastrointestinal. Su mecanismo es bloquearel sistema de transporte de la membrana de laterminación nerviosa en el sistema adrenérgicocausando acumulación de la noradrenalina en losreceptores (19). Algunos de sus metabolitos son labenzoilecgonina, ecgonina y ecgonina metilester. Lanorcocaína es un metabolito que también se produce(es activo).

1 Q.F. Especialista en Farmacología. Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses

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Otros han sido reportados como la hidroxicocaínay la metilecgonidina. Entre el 1-9% de la dosisintravenosa de 120 mg de cocaína es excretadainalterada en la orina (se incrementa cuando la orinaes ácida, aumenta la ecgonina). Después de una dosisintranasal de 1.5 mg/Kg se excreta en orina más del4% inalterada en 24 horas, alrededor del 30-60% seconvierte en ecgonina metilester. En heces no hayexcreción inalterada. El t1/2: 0,7-1,5 horas, el Vd:1-3 Lt/Kg (3,16,18,19). La dosis mortal vía IV enadulto es de un gramo (22). La cocaína obenzoilmetilecgonina además de ser un anestésicolocal posee acción estimulante sobre el SNC,cardiovascular y SNA. Se encuentra aún lacontroversia de si produce dependencia y tolerancia,lo que si se ha concluido es que produce adicciónpsíquica, desarrolla tolerancia para los efectoshipertérmicos y cardiocirculatorios (1,19).

RESULTADOS

A partir de la cocaína se sintetizaron los principalesmetabolitos de la misma en el Laboratorio de ToxicologíaBogotá en conjunto con el Departamento de Químicade la Universidad Nacional de Colombia (22) y, con ellos,se establecieron las condiciones básicas instrumentales.Posteriormente, y ya utilizando los estándarescertificados Sigma se fijaron las condiciones definitivaspara el método en la parte analítica y en la instrumental.Se establecieron las fragmentaciones típicas de cocaína,benzoilecgonina y cocaetileno directamente es decir, sinderivatizar y el resultado aparece ilustrado en las Figuras1 y 2 respectivamente. Allí aparecen consignados losvalores de m/z (relación masa/carga) junto con suscorrespondientes estructuras.

A nivel forense tiene una gran importancia segúndatos epidemiológicos en la población colombiana(20 ) y, en algunos círculos se presenta el usoconcomitante con el bebidas alcohólicas debido asus características de revertir el efecto depresor delprimero formándose así el cocaetileno (siendo esteùltimo metabolito de mayor toxicidad aportando unaumento en el riesgo para los consumidores). Lastécnicas indicadas para realizar los respectivos análisisen muestras biológicas de interés forense (losprincipales metabolitos de interés forense queresultan del proceso de biotransformación de lacocaína son la benzoilecgonina y la ecgonina metilester) vienen definidas según se trate de un análisisde tipo cualitativo, de tipo cuantitativo o, que sea detipo preliminar o de tipo confirmatorio.

En general si se trata de un análisis preliminar se utilizarácomo muestra de primera elección la orina (queda comosegunda opción el riñón) y la técnica inmunoanálisis(en cualquiera de sus formas es decir, RIA, EMIT oFPIA) bajo ciertas condiciones de almacenamientobásicamente temperatura de –15oC y pH de 5 (14,17).Si se trata de un análisis de confirmación se usará muestrade sangre periférica y como técnica la Cromatografíade Gases con Detector NPD y/o Espectrómetro deMasas (2,4,5,7,10,11).

La Cromatografía de Gases-Espectrometría deMasas (CG-MSD) es una técnica de análisis muyusada debido a su versatilidad, funcionalidad, a suscaracterísticas o cualidades intrínsecas, a losresultados analíticos que se obtienen y a su altaespecificidad (21). Dentro de todo el procesorecordar también que es necesario, en caso demuestras biológicas, además de los procesosprevios de extracción de la matriz un proceso dederivatización (5) para poder realizar la detecciónde las sustancias a investigar (normalmente en estetipo de análisis se utilizan dos derivatizantes comoson el anhídrido heptaf luorobutírico y elhexafluoroisopropanol que posteriormente sonevaporados en atmósfera de nitrógeno y el residuoreconstituido en acetato de etilo para procederfinalmente al análisis instrumental).

MATERIALES Y METODOS

El Laboratorio de Toxicología de la Regional Bogotádel Instituto Nacional de Medicina Legal y CienciasForenses utilizando un Cromatógrafo de Gases HewlettPackard 5890 serie II Plus con Automuestreadoracoplado a Espectrómetro de Masas Hewlett Packard5972 A, desarrolló un método para la confirmación eidentificación de cocaína, ecgonina metil ester,benzoilecgonina y cocaetileno (estándares certificadossigma) en muestras biológicas de interés forense.

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FIGURA No. 1. COCAINA Y SU FRAGMENTACION

FIGURA No. 2. COCAETILENO BENZOILECGONINA Y SUS FRAGMENTACIONES48

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Después de utilizar estándares en concentración de 5 ppm y usando los procedimientos establecidos (23), seobtuvo como respuesta en m/z y estructuras respectivas lo ilustrado en las Figuras 4 y 5 respectivamente debenzoilecgonina y ecgonina metil ester derivatizados.

Los derivatizantes utilizados con los fragmentos de ellos que se unen a los correspondientes analitos son losque aparecen en la Figura No. 3.

FIGURA No. 3. DERIVATIZANTES

FIGURA No. 4. BENZOILECGONINA DERIVATIZADA Y SUS FRAGMENTACIONES

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FIGURA No. 5. ECGONINA METIL ESTER DERIVATIZADA Y SU FRAGMENTACION

Una vez hechos algunos ajustes producto de losresultados de las muestras biológicas y del procesode derivatización el método implementado queda conlas siguientes características:

1. Inyector :1.1. Temperatura 230 C.1.2. Inyección: Automática1.3. Split : 20:11.4. Jeringa : De 5 uL.1.5. Volumen de inyección : 2uL.

2. Cromatógrafo :2.1. Horno : Temperatura inicial 100 C.2.2. Columna : HP-5MS (30 metros y 0,25 diámetrointerno)2.3. Presión : Constante (16,2 psi)2.4. Rampa : Solvent delay 2 (dos) minutos, 100Cun minuto, 10 C por minuto hasta 250 C. 2 Minutosen esta temperatura. 15 C por minuto hasta 295 y 5minutos en esta temperatura para un tiempo total decorrida de 26 minutos.2.5. Flujo : 1.5 mL/min2.6. Gas : Helio.

3. Detector :3.1. Temperatura : 280 C.3.2. Presión : Interfase : 172 mtorr, Cámara : 5*10-5 torr.3.3. Sistema : Impacto electrónico.

Los límites de detección encontrados para la cocaína1.25 ppm, para el cocaetileno 2.25 ppm y para labenzoilecgonina 5 ppm.

CONCLUSIONES

1. Los derivatizantes más utilizados para realizar ladetección en muestras biológicas de benzoilecgoninay ecgonina metil ester son el anhídridoheptafluorobutírico y el hexafluoroisopropanol loscuales reaccionan estequiométricamente uno a unocon los analitos mencionados formándose complejoso derivados nuevos por unión de fragmentos de losderivatizantes y los analitos correspondientes. Losfragmentos que se unen de los derivatizantes son :C4F7O del anhídrido y (CF3)2CH del alcohol (VerFigura No.3).

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2. Los RT (tiempos de retención) en minutos delos analitos según el Método HJCOC son :1. Ecgonina metil ester Dx : 7,62. Benzoilecgonina Dx : 12,53. Cocaína : 15,84. Cocaetileno : 16,4

3. Los m/z más representativos para realizar laidentificación por Espectrometría de Masas son :1. Cocaína : 182-82-105-272-303.2. Benzoilecgonina : 168-124-289-105.3. Cocaetileno : 196-82-317-105.4. Benzoilecgonina Derivatizada (Anhidridoheptafluorobutírico y hexafluoroisopropanol) :318-82-439-105.

5. Ecgonina metil ester derivatizada : 182-82-395.6. Los límites de detección encontrados sonpara la cocaína 1.25 ppm, para el cocaetileno 2.25ppm y para la benzoilecgonina 5.5 ppm.

Para la Gráfica No. 1 que aparece a continuación :1. EME-DX : Ecgonina meti l esterderivatizada.2. BE-DX : Benzoilecgonina derivatizada.3. COC : Cocaína.4. CET : Cocaetileno.5. CYC : Cynnamoilcocaína.

GRAFICA No. 1. CG-MSD Cocaína y Metabolitos.

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REFERENCIAS

1 KLASSEN, Curtis. Casarett & Doulls. Toxicology, TheBasic Science of Poisons. 5a Edición. Mcqraw Hill. 1996.Páginas . 383, 957-962.

2 JENKINS, Amanda. GC/MS confirmation ofbenzoylecgonine in blood, plasma and urine specimens. GC/MS Application Note, Hewlett Packard..

3 QUINN, David. Pharmacokinetic and Pharmacodynamicprinciples of illicit drug use and treatment of illicit drugusers. Clin. Pharmacokinet. 1997 33 (5). Páginas : 344-395.

4 SMIRNOW, David. LOGAN, Barry. Analysis of ecgonineand other cocaine biotransformation products in postmortenwhole blood by protein precipitation-extractive alkylation andGC-MS. Journal of Analytical Toxicology. Volúmen 20. 1996.Páginas : 463-467.

5 SCOTT, A. Et al. Quantifitation of cocaine in a variety ofmatrices by high-performance liquid chromatography.Journal of Chromatography, 214 (1981) 243-248.

6 MOORE, J. The application of chemical derivatization inForensic drug Chemistry for Gas and High Performanceliquid Chromatographic methods of Analysis. ForensicScience Review. Central Police University Press. AlabamaUS:1990.

7 HIME, George et al. Analysis of cocaine and cocaethylenein blood and tissues by GC-NPD and GC-Ion Trap MassSpectrometry.

8 Journal of Analytical Toxicology, Volúmen 15. 1991. Pá-ginas : 241-245.

9 MOORE, James et al. Lesser alkaloids of cocaine bearingplants. Part I : Nicotinoyl-,2’-Pyrroloyl, and 2’- and 3’-furanoylecgonine methyl ester-Isolation and mass spectralcharacterization of four new new alkaloids of SouthAmerican Erythroxylum coca Var. coca. Journal of ForensicSciences. 1997; 42 (12) : 246-2565.

10 KINTZ, Pascal. Testing Human hair and urine foranhydroecgonine methyl ester, a pyrolysis product of cocaine.Journal of A nalytical toxicology. Volúmen 19. 1995. Pági-nas : 479-481.

11 BAILEY, David. Cocaethylene detection duringtoxicological screening of a university Medical Center patient

population. Journal of Analytical Toxicolgy. Volúmen 19.1995. Páginas : 247-250.

12 RUTTENBER, James. Fatal excited delirium followingcocaine use : Epidemiologic findings provide new evidencefor mechanisms of cocaine tixity. J. Forensic Sci. 1997; 42(1) : 25-31.

13 JENKINS, Amanda. Identification of unique cocainemetabolites and smoking by products in postmorten bloodand urine specimens. J. Forensic Sci. 1997; 42 (5) : 824-827.

14 LOGAN, B. SMIRNOW, D. Lack of predictable site-dependent differences and time deppendent changes inpostmorten concentrations os cocaine, benzoylecgonine andcocaethylene in humans. J. of Analytical toxicology. Volúmen20. 1997. Páginas : 23-30.

15 CONE, J et al. Passive inhalation of cocaine. J. of analyticaltoxicology. Volúmen 19. 1995. Páginas : 399-411.

16 CLARK’S- Isolation and identification of drugs. 2a Edi-ción. The Pharmaceutical Press. 1986. London. Páginas .489, 490,385,579.

17 HIPPENSTIEL, Mark. Optimization of storageconditions for cocaine and benzoilecgonine in urine : a review.J. of A nalytical Toxicology. Volúmen 18. 1994. Páginas .104-109.

18 CONE, Edward. Pharmacokinetics andPharmacodynamics of cocaine. J. Of Analytical toxicology.Volúmen 19. 1995. Páginas : 459-477.

19 GOODMAN & GILMAN. Las Bases Farmacológicas dela Terapéutica. Mcgraw Hill Interamericana. 9a Edición.México 1996. Volumen I. Páginas 609-610.

20 CRNV. Centro de Referencia Nacional de la Violencia. Ins-tituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses. San-ta Fe de Bogotá D.C. 1999.

21 CASTRO, H. Javier. Opiáceos : Aspectos Farmacológicosy Analíticos. Universidad Nacional de Colombia.2000. Pági-nas 50,54.

22 CASTRO C. H. Javier-RIVEROS Toledo Isabel. Sínte-sis quìmica de la Ecgonina, Benzoilecgonina y Cocaetileno.I Congreso Internacional de Toxicología. Universidad deAntioquia. Medellín Colombia. 1996.

23 CORDOBA, Dario. Toxicología. 2a Edición.1993. L. Viecoy Cia. Ltda.. Medellín-Colombia. Página : 227.

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