М.Г. Ханина, М.А. Ханина, А.П. Родин Новосибирский государственный медицинский университет, ул. Красный проспект, 52, Новосибирск (Россия)
Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой исследован состав и содержание макро- и микроэлементов в образцах надземной части репейничка волосистого, собранных из разных точек ареала (Юго-Западная и Северо-Восточная Сибирь, европейская часть России), и в сухом экстракте, полученном из надземной части растения. Обнаружено 64 элемента.
По качественному составу элементов исследуемые образцы надземной части растения и сухого экстракта не различаются, различие наблюдается в количественном содержании отдельных компонентов.
Введение
Впервые на особую роль химических элементов в биологических процессах указал основатель отечественной геохимии академик В.И. Вернадский. Им создано учение, согласно которому химические элементы неживой и живой материи связаны, ряд элементов жизненно необходим любому живому организму и без их достаточного количества не могут протекать основные физиолого-биохимические реакции живого организма. Столь ответственная роль микроэлементов объясняется тем, что они входят в состав дыхательных пигментов, витаминов, гормонов, ферментов и коферментов, участвующих в регуляции жизненных процессов.
Микроэлементы влияют на направленность действия ферментов и их активность, в связи с этим их называют катализаторами катализаторов. В настоящее время накоплено множество данных, подтверждающих зависимость элементного состава живых организмов, в том числе человека, от содержания химических элементов в среде обитания [1].
Изучение элементного состава растений необходимо для более полной характеристики распределения химических элементов в природных и антропогенных ландшафтах, поскольку растения являются важнейшим звеном биологического круговорота веществ. С практической точки зрения сведения о химическом составе пищевых и лекарственных растений необходимы как для сбалансированного питания человека, так и для профилактики и лечении заболеваний, связанных с дисэлементозами.
В растениях обнаружено свыше 80 химических элементов, их классифицируют на макро- и микроэлементы. Такое деление осуществляют по принципу количественного содержания элемента в тканях организма. Закономерности распространения химических элементов в растениях аналогичны таковым в земной коре, что свидетельствует о «земном» генезисе элементов в растительных тканях и тесной связи между распространенностью элементов в растениях и земной коре с атомным номером элемента. [2]. Согласно другой классификации химические элементы условно объединяют в три группы: к первой отнесены необходимые для жизни (Ca, Na, K, Mg, Zn, Cu, Fe, Si, Cr, Ba, Li, Ni и др.), вторая объединяет – не включенные в биохимические процессы организмов (Be, Sc, Y, Zr, Nd, Nb, Ta, Tb, Th, Er, Sm, Ho, Hf, La и др), третья – токсичные даже в низких концентрациях (Pb, As, Se, Ag, Hg, W, Cd, Tl, Bi и др.) [3].
В организме человека обнаружено более 80 элементов, 30 из которых являются обязательными – жизненно необходимыми, роль других к настоящему времени еще не достаточно изучена. Для нормального функционирования организма человека макро- и микроэлементы требуются лишь в оптимальных количествах, отсутствие или недостаток минеральных веществ в питании так же, как и их избыток, вызывают резкое нарушение обмена веществ и как следствие – заболевание и даже гибель [4, 5]. Изменения состава и содержания макро- и микроэлементов в организме человека вызывает немедленный отклик отдельных его систем. Например, выявлены зависимости между содержанием кадмия в крови и HCT-тестом (выраженностью «респираторного взрыва»),содержанием в крови магния и кальция и фагоцитарной активностью лейкоцитов, и обратная зависимость между концентрацией марганца в крови с уровнем сывороточных иммуноглобулинов [6]. При обнаружении признаков дисэлементозов на ранней стадии можно провести коррекцию элементного баланса в организме путем медикаментозной терапии или введением в рацион питания различных микронутриентов.
Выявлено, что биологической ценностью обладают лишь доступные биогенные элементы, содержащиеся в пищевых продуктах, лекарственном растительном сырье и продуктах их переработки в виде солей органических кислот и других растворимых химических соединениях, чаще всего комплексных. К биогенным элементам отнесены: K, Na, Mg, Ca, P, N, O, C, Cl, Fe, Mn, Zn, Co, V, Cr, Ni, Cu, Mo, I, Se, Si, F, Br, As и, возможно, Sn [7].
Исследование элементного состава сырьевой части перспективных для внедрения в медицинскую практику лекарственных растений является востребованным, так как известно, что макро- и микроэлементы, входящие в состав растения оказывают немаловажное влияние на проявление биологической активности суммарных извлечений, получаемых из них [2]. В этом плане представляет интерес репейничек волосистый (Agrimonia pilosa Ledeb.) сем. Rosaceae.
Репейничек волосистый – многолетнее травянистое растение, широко распространенное в европейской части России, на территории Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока [8, 9]. В народной и традиционной медицине все части растения применяются при широком спектре заболеваний (желчегонное, противовоспалительное, антиаритмическое, гипогликемическое, антигельминтное, анальгетическое, гемостатическое, антигипертоническое, антитоксическое, противораковое) [10–14]. В европейских странах виды Agrimonia являются официнальными лекарственными растениями и используются в практической медицине как вяжущее, противовоспалительное средство [15].
Надо отметить, что Agrimonia pilosa привлекает внимание ученых. Экспериментально доказано, что данный вид обладает антиоксидантной [16], противовирусной [17], сосудорасширяющей [18], гепатопротекторной [19, 20], противораковой [21], иммуномоделирующей [22], антибактериальной [23] активностью, улучшает реологические свойства крови [24], восстанавливает нарушенный в мозге крыс при экспериментальном гепатите баланс ионов натрия, кальция и калия [25]. Столь широкий спектр биологической активности обусловлен комплексом биологически активных веществ. В надземной части A. pilosa обнаружены вещества фенольной природы (флавоноиды, дубильные вещества, кумарины, изокумарины, оксикоричные кислоты),тритерпеноиды, эфирное масло, полисахариды и др. [14, 26–31]. В подземных органах растения обнаружены медь, цинк, железо, ванадий, никель, хром, титан, марганец, стронций, цирконий, серебро [32]. Сведения о качественном составе и количественном содержании макро- и микроэлементов в надземной части в доступных источниках информации нами не установлены.
При оценке перспективности лекарственного растения важно изучить компонентный состав и количественное содержание основных групп биологически активных веществ и химических элементов не только сырьевой части данного растения, но и суммарных комплексов (экстемпоральных, галеновых), получаемых из него.
Цель нашего исследования – изучение элементного состава надземной части р. волосистого и сухого экстракта, полученного из него.
Материалы и методы
Материал для исследований (надземная часть A.pilosa) был собран в естественных местах произрастания в лесостепной и степной зонах Республики Бурятия, Алтайского края и Ярославской области. Характеристика образцов, взятых для анализа, представлена в таблице 1.
Определение качественного состава и количественного содержания макро- и микроэлементов проводилось методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе «ELAN-DRC». Высушенные образцы сырья и экстракта измельчали до частиц размером менее 1 мм, предварительно подвергали мокрому озолению смесью кислот в фарфоровых тиглях.
Контроль проводился методом добавок. [33]. Сухой экстракт получали по следующей методике: воздушносухое сырье трижды экстрагировали на водяной бане при кипении экстрагента (20% спирт этиловый) в течение 30 мин., объединенные фильтраты лиофилизировали при щадящем температурном режиме (40 °С).
Характеристика исследованных образцов Agrimonia pilosa Ledeb.
Характеристика места и времени сбора образцов,фазы развития и частей растения
Надземная часть, фаза цветения, Республика Бурятия, северовосточное побережье Байкала, окр. с. Кумора, подножье г. Шаман (18.07.2006)
Надземная часть, фаза цветения, Ярославская область, правый берег Волги, окр. п. Скобыкино, смешанный лес (04.06.06)
Надземная часть, фаза цветения, Алтайский край, окр. Белокурихи, склон г. Церковка (02.09.06)
Сухой экстракт 14,9 19,7 0,00
Примечания: содержание золы общей и золы, нерастворимой в 10% растворе хлороводородной кислоты приведен в % в пересчете на вес абсолютно сухого сырья.
Результаты и обсуждение
Образцы растений, собранные из разных точек ареала, не имели отклонений во внешних признаках вегетативных и генеративных органов и визуально не различались.
Сухой экстракт, полученный из надземной части A.pilosa, представляет собой аморфный порошок коричневого цвета, со слабым запахом и приятным горьковатым вкусом. Легко растворяется в воде, гигроскопичен.
Показатели зольности (зола общая и зола нерастворимая в 10% растворе кислоты хлористоводородной) у анализируемых образцов надземной части растения близки вне зависимости от места сбора. В сухом экстракте золы общей содержится в 2 раза больше чем в исходном сырье и выявлено отсутствие золы нерастворимой в 10% растворе кислоты хлористоводородной (табл. 1).
В надземной части р. волосистого обнаружены 64 элемента, из них: 4 макроэлемента (Na, Mg,K, Ca), 9 жизненно необходимых (Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Cr, Se, I), 7 условно жизненно необходимых (B, Si, Ni, V, Br, As, Li), 15 токсичных микроэлементов (Sn, Ag, Sr, Ti, Al, Pb, Cd, Hg, Tl, Pb, Bi, Be, Te, Pt, Au, Ba) и 29 элементов, физиологическая роль которых в настоящее время не изучена.
Известно, что содержание макро- и микроэлементов в растениях варьирует в широких пределах в зависимости от анализируемого органа, фазы развития растения и при изменении ландшафтно-геохимических условий их произрастания [34]. При сравнительном анализе образцов р. волосистого, собранных на территории Юго-Западной (Алтайский край), Северо-Восточной Сибири (Республика Бурятия) и в европейской части России (Ярославская область), нами было установлено, что они по качественному составу элементов не различаются; отмечено варьирование в содержании отдельных жизненно важных и токсичных элементов (Se, Mo, Cd, Ba, Li, Pb) в зависимости от места сбора (табл.2). Содержание необходимых для жизни элементов (Ca, Na, K, Mg, Zn, Cu, Fe, Si, Cr, Ba, Li, Ni) в исследуемых образцах р. волосистого сопоставимо и соответствует значениям среднего содержания элементов в растениях по В.В. Добровольскому [35].
Известно, что в живых организмах существуют определенные корреляционные зависимости между отдельными элементами, в соответствии с которыми содержание одного элемента обусловливает содержание другого [34]. В надземной части р. волосистого нами выявлена прямая корреляционная связь между содержанием стронция и бария и обратная – между содержанием молибдена и свинца (табл. 2). Для элементов, не включенных в биохимические процессы (Sc, Y, Zr, Nd, Nb, Ta, Tb, Th, Er, Sm, Ho, Hf, La и др.), в р. волосистом отмечено незначительное варьирование содержания в зависимости от места произрастания.
Содержание токсичных элементов в надземной части A.pilosa не превышает ПДК, принятых для чая и напитков за исключением свинца в образце 3 [36].
Сухой экстракт по качественному составу элементов соответствует надземной части (табл. 2). При сравнительном анализе надземной части р.волосистого и сухого экстракта по количественному содержанию элементов, выявлено следующее: сухой экстракт превосходит исходное сырье по содержанию макроэлементов (Na, K, Mg), отдельных жизненно важных элементов (Zn, Mn, Se, I, Br) и токсичных (As), уступает по содержанию Ca.
Содержание токсичных элементов в экстракте из надземной части A.pilosa не превышает ПДК, принятых для чая и напитков.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования элементного состава надземной части Agrimonia pilosa показали, что исследуемый вид растения является перспективным источником макро- и микроэлементов.
В надземной части р. волосистого установлено наличие 64 элементов, включающих макроэлементы (4 элемента), жизненно необходимые (9 элементов), условно жизненно необходимые (7 элементов), токсичные (15 элементов) и элементы, биологическая роль которых для человека в настоящее время не установлена (29 элементов).
По качественному составу и количественному содержанию элементов образцы растений, собранные из разных точек ареала (Юго-Западная Сибирь, Северо-Восточная Сибирь, Европейская часть России) существенно не различаются. Сухой экстракт A. pilosa по качественному составу элементов соответствует надземной части растения, но превосходит ее по содержанию макроэлементов (Na, Mg, K) и жизненно важных элементов (Zn, Mn, Se, I). По содержанию токсичных элементов надземная часть и экстракт A.pilosa не превышают ПДК, принятых для чая и напитков.
Список литературы
1. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. М., 2004. 215 с.
2. Кукушкин Ю.Н. Химические элемнты в организме человека // Соросовский образовательный журнал. 1998.№5. С. 54–58.
3. Битюцкий Н.П. Необходимые микроэлементы растений. СПб., 2005. 256 с.
4. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М., 1991. 496 с.
5. Скальный А.В., Быков А.Т. Эколого-физиологический аспект применения макро- и микроэлементов в восстановительной медицине. Оренбург, 2003. 198 с.
6. Туматова А.Л., Канунова Р.А. Способ определения изменений в биологической системе макро- и микроэлементного гомеостаза у человека при различных заболеваниях // Успехи современного естествознания. 2006.№9. С. 64–65.
7. Крисс Е.Е., Волченскова И.И., Григорьева А.С., Коханович Н.Ф. Координационные соединения металлов в медицине. Киев, 1986. 216 с.
8. Крылов П.Н. Флора Западной Сибири. Томск, 1949. Вып. 2 . С. 284–287.
9. Шретер А.И. Лекарственная флора Советского Дальнего Востока. М., 1975. С. 152.
10. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование. Семейства Hydrangeaceae – Haloragaceae / под ред. П.Д. Соколова. Л., 1987. C. 19–21.
11. Фроули Давид. Аюрведическая терапия: пер. с англ. 2-е изд. М., 2001. 448 с.
12. Минаева В.Г. Лекарственные растения Сибири. Новосибирск, 1991. 431 с.
13. «Джуд-ши» – памятник средневековой тибетской культуры: пер.с тиб. / предисл. Д.Б. Дашиева,С.М. Николаева. Новосибирск, 1988. 349 с.
14. Hong G., Dai Y.-H., Liu P.-X., Shen X., Wei Y.-Y., Li G. Advances in research on chemical constituents and pharmacological activities of Agrimonia pilosa // Pharmaceutical Care and Research. 2008. V. 8. N5. Pp. 362–366.
15. British Herbal Pharmacopoeia, 1996. 212 p.
16. He C., Ji X., Pan Y. , Wang H., Wang K., Liang M., Yang L. Antioxidant activity of alcoholic extract of Agrimonia pilosa Ledeb // Medicinal Chemistry Research. 2009. Pp. 1–14.
17. Kwon D.H. , Kwon H.Y., Kim H.J., Chang E.J., Kim M.B., Yoon S.K., Song E.Y., Yoon D.Y., Lee Y.H., Choi I.S.,Choi Y.K. Inhibition of hepatitis B virus by an aqueous extract of Agrimonia eupatoria L. // Phytotherapy Research.2005. V. 19. N4. Pp. 355–358.
18. Hua C.L., Lee J.K., Cho K.H., Kang D.G. , Kwon T.O., Kwon J.W., Kim J.S., Sohn E.J., Lee H.S. Mechanism for the vascular relaxation induced by butanol extract of Agrimonia pilosa // Korean Journal of Pharmacognosy, 2006. V. 37.N2. Pp. 67–73.
19. Park E.-J., Oh H., Kang T.-H., Sohn D.-H., Kim Y.-C. An isocoumarin with hepatoprotective activity in Hep G2 and primary hepatocytes from Agrimonia pilosa // Archives of Pharmacal Research. 2004. V. 27. N9. Pp. 944–946. 104 М.Г. ХАНИНА, М.А. ХАНИНА, А.П. РОДИН
20. Дудко В.В., Дегиль Н.Ю., Сапрыкина Э.В., Краснов Е.А., Бабиков В.Ю. Гепатопротекторная активность экстракта травы репешка волосистого // Фармация. 2009. №3. C. 41–43.
21. Murayama T., Kishi N., Koshiura R., Takagi K., Furukawa T., Miyamoto K.-I. Agrimoniin, an antitumor tannin of Agrimonia pilosa Ledeb., induces interleukin-1 // Anticancer Research, 1992. V. 12. N5. Pp. 1471–1474.
22. Bukovsky M., Blanarik P. Immunomodulative effects of ethanolic-aqueous extracts of Herba agrimoniae, Flos chamomillae and Flos calendulae cum calyce // Farmaceuticky Obzor. 1994. V. 63. N4. Pp. 149–156
23. Карташова Г.С., Керашева С.И., Романова Г.В. Антибактериальная активность сухого экстракта из надземной части Agrimonia pilosa Ledeb. // Растительные ресурсы. 1998. Т. 34. Вып. 3. С. 100–103.
24. Хапкин И.С. Перспективы использования препаратов из растений для регуляции агрегатного состояния крови // Растительные ресурсы. 1994. Т. 30. Вып. 1–2. С. 86–90.
25. Дудко В.В., Новицкая Л.Н., Новожеева Т.П., Бабиков В.Ю., Марьясова Е.Ю. Влияние экстракта репешка волосистого на концентрацию ионов калия, натрия, кальция в мозге крыс на фоне экспериментального гепатита //Бюллетень сибирской медицины. 2006. С. 89–91.
26. Карташова Г.С., Гравель И.В., Таран Е.Г. Содержание дубильных веществ в Agrimonia pilosa Ledeb. // Растительные ресурсы. 1991. Т. 27. Вып. 1. С. 139–143.
27. Шухободский Б.А., Маркова Л.П., Кузьмина Л.В. Обследование растений флоры северо-запада РСФСР на содержание флавоноидов, кумаринов, проазуленов и других физиологически активных соединений // Биология и химия растений – источников фенольных соединений и алкалоидов. Л., 1972. Вып. 16. С. 117–135.
28. Wei Y., Ito Y. Isolation of hyperoside and luteolin-glucoside from agrimonia pilosa ledeb using stepwise elution by high-speed countercurrent chromatography//Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 2007. V. 30.N9-10. Pp. 1465–1473.
29. Xu X., Qi X., Wang W., Chen G. Separation and determination of flavonoids in Agrimonia pilosa Ledeb. by capillary electrophoresis with electrochemical detection // Journal of Separation Science. 2005. V. 28. N7. Pp. 647–652.
30. Li Y.-W., Huang L.-F., Liang C., Guo Z.-M., Dai Y.-H., Wu M.-J., Zhong K.-J., Guo F.-Q., Liang Y.-Z. Analysis of the volatile components of Agrimonla Pilosa Ledeb by gas chromatography-mass spectrometry // Journal of Central South University (Science and Technology). 2007. V. 38. N3. Pp. 502–506.
31. Макарова Д.Л., Величко В.В., Ким Н.Е., Ханина М.Г., Ханина М.А. Фитохимическое исследование растений флоры Сибири // Фармация. 2008. №3. С. 19–22.
32. Лавренов В.К., Лавренова Г.В. 500 важнейших лекарственных растений. М., 2003. 510 с.
33. Томпсон М., Уолш Д.Н. Руководство по спектрометрическому анализу с индуктивно-связанной плазмой. М.,1988. 288 с.
34. Алексеенко В.А. Основные факторы накопления химических элементов организмами // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. №8. С. 20–24.
35. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., 1998. 413 с.
36. СанПиН 2.3.2.560-96 Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. М., 1997. 270 с.