PECULIARITIES OF TOXIC MICROELEMENTS ACCUMULATION IN MEDICINAL PLANT RAW MATERIALS OF THE CENTRAL BLACK EARTH REGION

Full Text

Введение В настоящее время считаются перспективными исследования, которые направлены на поиски новых фармакологически значимых веществ растительного происхождения, их различных комбинаций, которые будут оказывать суммированный терапевтический эффект, а также включение их в новые лекарственные формы [6, 7]. Фармакологическая активность лекарственного растительного сырья (ЛРС) зависит не только от основной группы биологически активных веществ (БАВ) (таких как алкалоиды, дубильные вещества, эфирные масла, сапонины и т.д.), а также от микроэлементного качественного и количественного составов и комплексов данных элементов. Существует прямая генетическая взаимосвязь между содержанием основных БАВ и микроэлементов, так как последние являются ферментами и учувствуют в биосинтезе БАВ [2, 13]. Особый интерес в этом отношении представляют микроэлементы, содержание которых в теле человека варьирует в пределах 0,001-0,00001% [4, 5]. Среди микроэлементов особую группу составляют токсичные микроэлементы, для которых установлена роль в развитии патологических состояний организма человека [9]. ЛРС и препараты на его основе могут служить важными источниками таких токсичных микроэлементов, как алюминий, барий, бериллий, висмут, кадмий, ртуть, свинец [8, 9]. Микроэлементы играют определённую роль в жизнедеятельности растений, поэтому и присутствуют в них в различных количествах. Накопление токсичных микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ и физиологических процессов как растительного, так и человеческого организма [11, 12]. В сочетании с другими действующими веществами микроэлементы могут проявлять определённую фармакологическую активность и влиять на фармакологическое действие БАВ: повышать или понижать их всасываемость, резорбтивные свойства, быть синергистами или антагонистами, а также уменьшать или усиливать их токсическое действие [10]. Алюминий, находясь в почвенном растворе в избытке, приводит к нарушению развития корневой системы растений, деструкции листьев (скручиванию, появлению белых пятен). Выявлено отрицательное влияние алюминия на усвоение растениями железа и азота. Токсичность алюминия для человека заключается в подавлении размножения и роста клеток, прежде всего, клеток крови, соединительной и нервной тканей, нарушении выработки пищеварительных ферментов [1, 8]. Барий также способен влиять на рост растений, вызывая нарушение вегетативного развития. В растительных тканях барий подавляет активность каталазы и аскорбатпероксидазы. В организме человека барий снижает уровень сывороточного калия, блокирует пассивную проводимость калия в мышцах, вызывая невозбудимость всех видов мускулатуры и их паралич [1, 9]. Бериллий в растениях способен угнетать фосфатазы, снижать всасывание эссенциальных элементов, что обычно проявляется побурением и недоразвитием корней и листьев. Бериллий относится к доказанным мутагенам, канцерогенам, аллергенам, в организме человека подавляет работу ряда ферментов, синтез белка. Хроническое отравление бериллием вызывает развитие аутоиммунных процессов, дерматозов, эрозий слизистых органов желудочно-кишечного тракта, фиброза легких, нарушение функций сердца, почек, печени [1, 8]. Висмут также способен ингибировать ряд ферментов, снижать проницаемости биологических мембран и вызывать нарушение обмена веществ в растительном организме, что часто проявляется угнетением роста корневой системы. Висмут нейротоксичен, способен накапливаться в костях, вызывая остеомаляцию [1, 9]. Кадмий - один из самых токсичных элементов. Токсичность металла для растений проявляется в нарушении активности ферментов, торможении фотосинтеза, нарушении транспирации, а также ингибировании восстановления диоксида азота до его монооксида. Является антагонистом ряда эссенциальных элементов питания (магний, кальций, медь, цинк, марганец, селен). Попадая в организм человека, кадмий нарушает фосфорно-кальциевый обмен, вызывая остеомаляцию. Токсично действует на печень, почки, центральную нервную систему, канцероген [1, 10]. Ртуть, накапливаясь в растениях, ингибирует ряд ферментов и подавляет многочисленные метаболические процессы, включая усвоение питательных веществ и фотосинтез. Ртуть и ее органические соединения относятся к протоплазматическим ядам, высокотоксичны для выделительной и нервной систем, поражают периферическую и центральную нервные системы, что выражается в нарушениях сенсорно-моторного характера и проявляется в атаксии, нарушении походки, сокращении поля зрения, затруднении дыхания [1, 10]. Свинец тормозит рост и развитие растений преимущественно подавляя рост корней из-за нарушения деления клеток в верхушке корня. Свинец -протоплазматический яд, поражающий почти все органы и системы организма человека. Нарушает процессы синтеза гемоглобина, обмена витаминов, снижает иммунную защита организма, стимулирует развитие парезов и параличей [1, 10]. Ведущими при формировании химического состава растений являются генетический и экологический факторы. Различные токсичных микроэлементы накапливаются во всех частях растений, однако, с разной интенсивностью. На накопление в растениях различных микроэлементов влияют содержание элемента в почве, его химическая форма, вид растения, распределение элемента по органам [2, 13]. Цель исследования - изучение содержания токсичных микроэлементов в дикорастущем лекарственном растительном сырье естественных экотопов Воронежской области. Методика В качестве объектов исследования использовали фармакопейные виды ЛРС: лопуха обыкновенного (Arctium lappa L.) корни, одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale F.H.Wigg) корни, подорожника большого (Plantago major L.) листья, крапивы двудомной (Urtica dioica L.) листья, липы сердцевидной (Tilia cordata Mill.) цветки, пижмы обыкновенной (Tanacetum vulgare L.) цветки, полыни горькой (Artemisia absinthium L.) траву, пустырника пятилопастного (Leonurus quinquelobatus Gilib.) траву, тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.) траву, горца птичьего (Polygonum aviculare L.) траву. В исследовании представлены разные виды ЛРС, включающие в себя различные органы или группы органов растений (листья, цветки, трава, корни), от разных форм производящих растений - травянистые и древесные формы растительности [19]. Заготовку лекарственного растительного сырья осуществляли в экологически чистом месте в естественных зарослях в Воронежском государственном природном биосферном заповеднике в Рамонском районе Воронежской области. Изучаемые травы, листья и цветки заготавливали в период цветения производящих растений, корни - в начале осени. Для изучения биологического поглощения токсичных микроэлементов дикорастущим ЛРС из почвы проводили отбор проб верхних слоев почв (0-10 см от поверхности). Из измельченного сырья отбирались образцы для анализа, которые подвергались кислотному разложению смесью кислот с использованием систем микроволновой пробоподготовки. Навеску образца помещали во фторопластовый вкладыш и добавляли 5 мл смеси азотной и плавиковой кислоты. Автоклав с пробой во вкладыше помещали в микроволновую печь и разлагали пробу, используя программу разложения, рекомендованную производителем печи. Растворенную пробу количественно переносили в пробирку объемом 15 мл, троекратно встряхивая вкладыш с крышкой с 1 мл деионизованной воды и перенося каждый смыв в пробирку, доводили объем до 10 мл деионизованной водой, закрывали и перемешивали. Автоматическим дозатором со сменным наконечником отбирали аликвотную часть 1 мл и доводили до 10 мл 0,5%-ной азотной кислотой, закрывали защитной лабораторной пленкой. Для контроля правильности определения использовался метод добавок. Рабочие стандартные растворы для этого готовили путем смешивания нескольких опорных многоэлементных стандартных растворов для масс-спектрометрии («Perkin-Elmer»), содержащие разные группы элементов. Микроэлементный состав лекарственного растительного сырья определяли методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе «ELAN-DRC» на базе Новосибирского государственного медицинского университета в соответствии с МУК 4.1.1483-03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой». При написании работы пользовались классификацией биологически значимых элементов по А.П. Авцыну [9]. Коэффициенты биологического поглощения рассчитывали по А.И. Перельману [2]. Результаты исследования и их обсуждение Общий минеральный комплекс изучаемых видов ЛРС (определено более 60 элементов) составил от 19,1 мг/г (в одуванчика лекарственного корнях) до 76,8 мг/г (в крапивы двудомной листьях) (табл. 1). Среди токсичных микроэлементов наиболее высоким содержанием отличается алюминий. Его абсолютное содержание в ЛРС составило от 14,6 мкг/г в пижмы обыкновенной цветках до 1256,6 мкг/г в подорожника большого листьях (табл. 1). При этом доля алюминия в общем минеральном комплексе растительного сырья составила от 0,03% в пижмы обыкновенной цветках до 2,35% в одуванчика лекарственного корнях и горца птичьего траве (табл. 2). Таблица 1. Содержание токсичных микроэлементов в дикорастущем ЛРС, мкг/г Элемент Al Ba Be Bi Cd Hg Pb Всего определено элементов Горца птичьего трава 869,7 12,0 0,03 0,005 0,093 0,003 0,3 37046 Крапивы двудомной листья 128,4 31,2 0,01 0,008 0,012 0,063 0,4 76757 Липы сердцевидной цветки 78,8 15,3 0,01 0,002 0,002 0,001 0,1 38531 Лопуха большого корни 1036,8 38,4 0,03 0,011 0,053 0,005 0,6 48063 Одуванчика лекарственного корни 447,7 9,7 0,02 0,005 0,034 0,003 2,0 19064 Пижмы обыкновенной цветки 14,6 4,2 0,08 0,002 0,003 0,001 0,1 42252 Подорожника большого листья 1256,6 145,7 0,04 0,009 0,027 0,006 0,7 61500 Полыни горькой трава 135,6 12,0 <0,01 0,004 0,025 0,005 0,4 43979 Пустырника пятилопастного трава 191,4 70,3 0,02 0,001 0,034 0,004 0,2 58066 Тысячелистника обыкновенного трава 116,5 9,3 0,01 0,012 0,022 0,003 0,3 32771 Почва 31100,0 290,0 2,00 0,110 0,023 0,050 4,0 34184 Содержание бария в изучаемых видах сырья варьировало от 4,2 мкг/г (в пижмы обыкновенной цветках) до 145,7 мкг/г (в подорожника большого листьях), составляя соответственно от 0,01% до 0,24% общего минерального состава. Наиболее высокий уровень накопления свинца в ЛРС естественных экотопов Центрального Черноземья отмечен в одуванчика лекарственного корнях (2,0 мкг/г), для остальных видов сырья отмечен на уровне 0,1-0,7 мкг/г. Относительный уровень содержания в минеральном комплексе ЛРС элемента в одуванчика лекарственного корнях составил 0,01%, для остальных видов сырья не превышало 0,001%. Таблица 2. Доля токсичных микроэлементов в общем элементном комплексе ЛРС, % Элемент Al Ba Be Bi Cd Hg Pb Горца птичьего трава 2,35 0,03 0,0001 <0,0001 0,0003 <0,0001 0,0008 Крапивы двудомной листья 0,17 0,04 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0001 0,0006 Липы сердцевидной цветки 0,20 0,04 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0003 Лопуха большого корни 2,16 0,08 0,0001 <0,0001 0,0001 <0,0001 0,0013 Одуванчика лекарственного корни 2,35 0,05 0,0001 <0,0001 0,0001 <0,0001 0,0102 Пижмы обыкновенной цветки 0,03 0,01 0,0002 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0003 Подорожника большого листья 2,04 0,24 0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0010 Полыни горькой трава 0,31 0,03 <0,0001 <0,0001 0,0001 <0,0001 0,0008 Пустырника пятилопастного трава 0,33 0,12 <0,0001 <0,0001 0,0001 <0,0001 0,0004 Тысячелистника обыкновенного трава 0,36 0,03 <0,0001 <0,0001 0,0001 <0,0001 0,0008 Почва 7,08 0,07 0,0005 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0009 Наибольшее абсолютное и относительное содержание бериллия отмечено в пижмы обыкновенной цветках (0,08 мкг/г и 0,0002% соответственно), а для остальных видов изучаемого сырья не превышало 0,04 мкг/г, то есть не более 0,0001% общего минерального комплекса растительного сырья. Кадмий в наибольшем количестве содержался в горца птичьего траве (0,093 мкг/г), а в наименьших абсолютных концентрациях накапливался в изучаемых цветках растений естественных экотопов (пижмы обыкновенной и липы сердцевидной - 0,003 и 0,002 мкг/г соответственно). Относительное содержание кадмия в минеральном комплексе растительного сырья также отличалось наибольшими значениями для горца птичьего травы - 0,0003%, а в минеральном комплексе остальных видов ЛРС доля элемента не превышала 0,0001%. Относительное содержание ртути и висмута в минеральном комплексе изучаемого растительного сырья не превышало 0,0001%. Наиболее высокий уровень содержания ртути отмечен в крапиве двудомной листьях (0,063 мкг/г), наименьший - в пижмы обыкновенной и липы сердцевидной цветках (0,001 мкг/г). Наибольшее содержание висмута определено в тысячелистника обыкновенного траве (0,012 мкг/г) и лопуха большого корнях (0,011 мкг/г). Для подробного изучения особенностей аккумуляции токсичных микроэлементов изучаемыми видами ЛРС из почв рассчитывались коэффициенты биологического поглощения (табл. 3) и анализировались согласно классификации А.И. Перельмана (табл. 4). Таблица 3. Коэффициенты биологического поглощения токсичных микроэлементов изучаемыми видами ЛРС из почв Элемент Al Ba Be Bi Cd Hg Pb Пижмы обыкновенной цветки 0,03 0,04 0,01 0,05 4,04 0,05 0,07 Горца птичьего трава <0,01 0,11 <0,01 0,07 0,52 1,25 0,11 Крапивы двудомной листья <0,01 0,05 <0,01 0,11 0,10 0,02 0,03 Липы сердцевидной цветки 0,03 0,13 0,01 0,10 2,30 0,10 0,15 Лопуха большого корни 0,01 0,03 0,01 0,05 1,48 0,05 0,49 Одуванчика лекарственного корни <0,01 0,01 0,04 0,02 0,13 0,02 0,03 Подорожника большого листья 0,04 0,50 0,02 0,08 1,17 0,13 0,16 Полыни горькой трава <0,01 0,04 <0,01 0,04 1,09 0,09 0,09 Пустырника пятилопастного трава 0,01 0,24 0,01 0,01 1,48 0,08 0,06 Тысячелистника обыкновенного трава <0,01 0,03 <0,01 0,11 0,96 0,05 0,07 Для ряда видов ЛРС естественных экотопов Центрального Черноземья к сильно накапливаемым из почв токсичным микроэлементам следует отнести кадмий (коэффициенты биологического поглощения элемента более 1,0 для лопуха большого и одуванчика лекарственного корней, подорожника большого листьев, горца птичьего, пустырника пятилопастного и полыни горькой травы), а для остальных видов ЛРС - элементам среднего захвата. Ртуть сильно накапливается в крапиве двудомной листьях, для лопуха большого корней и подорожника большого листьев металл отнесен к элементам среднего захвата. Барий отнесен к элементам среднего захвата подорожника большого и крапивы двудомной листьями, лопуха большого корнями, пустырника пятилопастного травой; висмут - тысячелистника обыкновенного травой, лопуха большого корнями, липы сердцевидной цветками; свинец - одуванчика лекарственного и лопуха большого корнями, крапивы двудомной и подорожника большого листьями. Таблица 4. Биологическое поглощение токсичных микроэлементов в изучаемых видах ЛРС согласно классификации по А.И. Перельману Элементы Сильно накапливаемые (n×100-n×101) Среднего захвата (n×10-1-n×100) Слабого захвата (n×10-1-n×10-2) Горца птичьего трава Cd - Al, Ba, Be, Bi, Hg, Pb Крапивы двудомной листья Hg Ba, Cd, Pb Bi Липы сердцевидной цветки - Cd, Bi Ba, Hg, Pb Лопуха большого корни Cd Ba, Bi, Hg, Pb Al, Be Одуванчика лекарственного корни Cd Pb Al, Ba, Be, Bi, Hg Пижмы обыкновенной цветки - Cd Ba, Be, Bi, Hg, Pb Подорожника большого листья Cd Ba, Hg, Pb Al, Be, Bi Полыни горькой трава Cd - Ba, Bi, Hg, Pb Пустырника пятилопастного трава Cd Ba Al, Be, Bi, Hg, Pb Тысячелистника обыкновенного трава - Bi, Cd Ba, Hg, Pb Заключение Изучено содержание токсичных микроэлементов в дикорастущем лекарственном растительном сырье естественных экотопов Воронежской области. Среди определяемых токсичных элементов к сильно накапливаемым из почв в ряде видов растительного сырья отнесен кадмий. Ртуть сильно накапливается в крапиве двудомной листьях. Средний уровень биологического поглощения отмечен для свинца, висмута и бария - преимущественно в изучаемых корнях и листьях растений. Результаты исследования микроэлементного состав изучаемых видов лекарственного растительного сырья могут быть использованы в медицинской и фармацевтической практике.

About the authors

N. A Dyakova

Voronezh State University

Author for correspondence.
Email: ninochka_v89@mail.ru
доктор фармацевтических наук, доцент, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет». 1, University Square, 394006, Voronezh, Russia

References

Supplementary files