Биоэлементы в листьях тропических лекарственных растений Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и биологически активных добавок

Полная исследовательская публикация _ Слепян Л.И., Каухова И.Е., Громова О.Н., Пивоварова Н.С.,

Власенко М.А., Яковлева М.В. и Шантырь И.И.

Размещено на http://www.allbest.ru//

80 ______ http://butlerov.com/ _______ ©--Butlerov Communications. 2014. Vol.37. No.3. P.79-84. (English Preprint)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Биоэлементы в листьях тропических лекарственных растений Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и биологически активных добавок

Слепян Лариса Ивановна

Аннотация

Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проведено изучение макро- и микроэлементного состава в листьях тропических лекарственных растений Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и некоторых импортных биологически активных добавок Установлено наличие всех жизненно-важных элементов в исследованных объектах. Анализ полученных данных показал большие различия в содержании в них макро- и микроэлементов.

добавка микроэлементный тропический растение

Введение

Состав биоэлементов, входящих в лекарственные растения и фитопрепараты или биологически-активные добавки (БАД) на их основе, играет важную роль в деятельности живого организма. Макро- и микроэлементы и их концентрация в различных органах и тканях связаны с их биологической ролью и выполнением определенных физиологических функций в процессах жизнедеятельности. Биоэлементы входят в состав витаминов, ферментов, гормонов и других биологически активных веществ (БАВ), регулирующих многие биохимические процессы в клетках. Поэтому недостаток биоэлементов может вызвать нарушение гомеостаза, что приводит к снижению резервов здоровья человека и ухудшению его адаптации к неблагоприятным факторам среды [1-7]. Несбалансированность по структуре и качеству питания населения России, которая проявляется в недостаточности белкового и витаминно-минеральных компонентов также влияет на здоровье населения [8-10].

Целью настоящего исследования явилось проведение сравнительного качественного и количественного анализа макро- и микроэлементов некоторых лекарственных растений и импортных БАД, широко используемых за рубежом и рекламируемых в России с целью повышения неспецифической адаптационной реакции организма к неблагоприятным факторам среды, а также для усиления иммунитета.

Экспериментальная часть

В качестве объектов были проанализированы образцы листьев тропического растения Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), (шифр - листья Pol., №10), растущего в оранжерее, и листья Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae), (шифр листья GK, №11), растущего в Ботаническом саду им. В.Л. Комарова (г. Санкт-Петербург). БАД: Плодовые тела и микориза гриба шиитаки Lentinula edodes., полученные по специальной методике в СПХФА (шифр - шиитаки - мицелий №14 и шии-таки - плодовые тела №15).

Для сравнения были выбраны импортные БАД, наиболее часто предлагаемые в России и за рубежом для поддержания здорового образа жизни:

“American Ginseng” (100% Euro Ginseng, в капсулах. NPH b.v./Euro Ginseng, Netherland. U.K. &Distributor), (шифр - Ам. Ж., №24).

“Wild Siberian Ginseng” (Root Eleutherococcus senticosus, в капсулах. Wild Grown. Nature's way products Inc. America's Botanical Expert), (шифр - Eleutherococcus, №25).

“Herba Echinacea purpurea”, в капсулах. Nature's way products Inc. America's Botanical Expert. Organical Certified, (шифр - Echinaceae., №26).

“ Кошачий коготь”, в капсулах - кора тропической лианы - Uncaria tomentosa, растущей в бассейне реки Амазонки на Перуанском нагорье. (Арт Лайф, сертифицирован по ИСО9001:2000), (шифр - Uncaria, №28).

“Порошок чеснока”, драже. Илья Рогов (Ilja RogoffR Forte. A. Nattermann& Cie. GmbH), (шифр- Рогов, №27).

Анализ элементного состава в исследуемых объектах был проведен с помощью метода масс- спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), обладающей высокой чувствительностью и селективностью и позволяющий определять в одной пробе содержание макро- микро и ультра-микроэлементов после специальной пробоподготовки [11]. Для проведения исследований использо-вали по 3 пробы каждого образца. Представленные данные обработаны статистически и выражены как средне арифметические со стандартным отклонением (SD). Для оценки различий между экспериментальными данными использовали критерий Стьюдента. Различия считали достоверными при уровне вероятности P ? 0.05. Аналитические исследования выполнены в научно-исследовательской лаборатории элементного анализа ФГБУ ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России.

Результаты и их обсуждение

Выделяют два основных пути поступления элементов в растения: это корневое, когда происходит их поглощение из почвы, и листовое (или надземными органами), которое происходит за счет поглощения элементов из воздуха. На корневое поглощение влияет ряд факторов (рH почвы и ее тип, состав почвенных вод, сезон и др.), на листовое поглощение - состав воздуха, сезонность и общая экология [12].

В процессе исследований были определены эссенциальные элементы (жизненно - важные для человека) - K, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Na, Se, Zn; условно-эссенциальные (житзненно важные, но вредные в определенных дозах) - As, B, Li, Ni, Se, V и потенциально токсичные (Al, Ba, Cd, Pb, As). Учитывая большое количество данных, полученных в результате анализа исследуемых образцов, они были сгруппированы по группам элементов, выполняющих близкие функции. Полученные при анализе данные представлены в табл. 1.

Установлено, что максимальное содержание калия определено в мицелии и плодовом теле шиитаки и почти в два раза ниже концентрация этого элемента была определена для листьев полисциас. Раннее нами было показано, что содержание калия в биомассе штамма полисциас, культивируемого in vitro, было почти в 4 раза выше, чем в растении in vivo [13].

Максимальное содержание магния найдено в листьях гинкго, а в листьях полисциаса и шиитаки его концентрация была в два раза ниже. В то же время, в биомассе штамма полисциаса, культивируемого in vitro, содержание магния было практически таким же, как в исходном растении in vivo [13].

Известно, что кальций является универсальным регулятором в жизнедеятельности как растительной, так и животной клетки [14]. Он влияет на осмотическую деятельность, электрическую поляризацию анионов и реактивных групп, а также на проницаемость биомембран, определяя таким образом нормальное протекание биохимических процессов в клетке. Любое увеличение кальция воспринимается клеткой как сигнал тревоги, поэтому в клетке существует много систем быстрого удаления Ca [14].

Содержание Ca в исследуемых образцах было практически близким от 27830.0 мкг/г до 33430.0 мкг/г. Надо отметить, что в клетке наряду с Ca+2 всегда присутствуют ионы Mg+2. В клетке имеются специальные белки-рецепторы, которые отличают эти похожие между собой ионы. В зависимости от концентрации кальция они по-разному взаимодействуют с мишенями и обеспечивают Са - зависимое управление многочисленными процессами в клетке [14].

Максимальное содержание магния было определено в образцах листьев гинкго, а в остальных исследуемых образцах его концентрация была в два раза ниже (табл. 1).

Табл. 1. Содержания некоторых биоэлементов в листьях Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), листьях Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и грибах шиитаки (мкг/г сухой массы)

Таким образом, видно, что такие биоэлементы как калий и магний, которые играют значительную роль в нормализации работы сердечно - сосудистой системы, а также кальций и натрий, выполняющие в организме ведущую роль в водно-солевом обмене, присутствуют в представленных образцах в достаточном количестве.

Максимально высокое содержание марганца было определено в образцах №14 и №15. Почти в 35 раз ниже была его концентрация в листьях полисциаса и в 130 раз ниже в листьях гинкго.

В биологических системах марганец участвует в синтезе хлорофилла, катализирует некоторые окислительно-восстановительные реакции процессов дыхания и фотосинтеза. Содержание марганца в травах колеблется от 17 мг/кг до 334 мг/кг. Манганофилы могут накапливать марганец до 2000 мг/кг сухой массы [12].

Такую же закономерность можно отметить и для элемента Fe. Содержание, которого было высоким в образцах шиитаки - №14 и №15, в 2 раза ниже в листьях полисциаса и почти в 5 раза ниже в листьях гинкго. Железо в растениях представлено преимущественно в органических формах, как составная часть гемсодержащих дыхательных ферментов: цито-хромов и цитохромоксидаз. Восстановленная форма железа может реокисляться и в тканях растений железо представлено в виде комплексов с различными органическими соедине-ниями. Однако, как нами было показано раннее, в биомассе штамма полисциаса, полученной в условиях культуры тканей in vitro, содержание марганца и железа было в несколько раз выше, чем в данных образцах, что возможно, связано с наличием этих элементов в питательной среде [13].

Высокое содержание меди отмечено в образцах шии-таки, которое почти в 10 раз было выше, чем в образцах листьев гинкго и в 2.5 раза выше, чем в листьях полисциаса, но почти в 8 раз ниже, чем в биомассе этого штамма (6.253 мкг/г), как было показано нами раннее [13].

В растениях до 98-99% меди содержится в виде комплексных форм и связано с ее участием в окислительно-восстановительных реакциях. Медь входит в состав полифенолоксидазы, оксидазы и некоторых других ферментов. Содержание меди повышено в листьях, где свыше 60% этого металла сосредоточено в хлоропластах.

Максимальная концентрация цинка обнаружена в образцах шиитаки. Почти такая же концентрация этого элемента была определена нами в образцах биомассы штамма полисциаса (420.0 мкг/г), выращенной на питательной среде аналогичной для культивирования шии-таки.

Возможно, именно с этим может быть связано использование грибов шии-таки и препаратов из биомассы штамма полисциаса для коррекции иммунных состояний и профилактики онкологических и диабетических заболеваний [15].

Цинк в растениях входит в состав многих ферментов. В ферментах, выполняющих каталитическую функцию, этот металл координируется четырьмя лигандами. Три лиганда представлены аминокислотными остатками (гистидина, глутамина, аспарагина), а четвертый - молекулой воды. В ферментах, где цинк выполняет структурную функцию (алкогольдегид-рогеназа, Zn-белки, и другие), атомы цинка координированы c S-группами четырех остатков цистеина. Кроме того, цинк участвует в синтезе гетероауксина и индолилуксусной кислоты, регулирующих рост растений [16].

Для образцов листьев полисциаса характерно высокое содержание ванадия, что в 2 и 3 раза превышало этот показатель для листьев гингко и шиитаки соответственно. Содержания хрома было также максимальным в листьях полисциаса, в отличие от листьев гинкго и образцов шии-аки, в которых его содержание было почти в 4 раза ниже.

Биоэлемент молибден практически отсутствовал в листьях гингко, максимальное его содержание было в образцах - шии-таки, которое почти 15-20 раз было выше, чем в листьях полисциаса.

В растениях молибден существует как Mo+6 и Mo+4. Он может участвовать в реакциях комплексообразования, катализа, а также выполняющих структурную функцию. Молибден играет важную роль в азотном обмене растений и в процессе фиксации азота у азотфиксирующих бактерий. Он входит в состав фермента нитратредуктазы, поэтому при его недостатке в листьях накапливаются нитраты и снижается интенсивность процесса синтеза белка [16].

По содержанию кобальта образцы №14 и №15 были практически одинаковы, хотя они содержали довольно высокие концентрации данного элемента, но оно не превышало нормативных показателей для БАД или продуктов диетического питания в соответствии с требованиями Сан ПИН [9, 17]. В листьях полисциаса и гинкго показатели содержания кобальта были в 5 и 20 раз ниже соответственно, чем в образцах шии-таки.

Кобальт в тканях растений находится как в ионной Со2+ и Со3+, так и комплексной формах. Долгое время кобальт рассматривался как элемент, необходимый только для живот-ных и микроорганизмов. В настоящее время кобальт относят к биоэлементам необходимым и для высших и низших растений, основная функция которого связана с его участием в фик-сации атмосферного азота в клубеньках бобовых и не бобовых растений.

Содержание бария было максимальным в листьях гинкго, что почти в 5 раз и в 20 раз превышало его содержание в образцах листьях полисциаса и в образцах шии-таки.

Содержание бора во всех образцах было почти одинаковым (табл. 1). Бор принимает участие в углеводном, белковом обмене, в поглощении воды и синтезе пектинов, входящих в состав клеточных стенок. Этот элемент для многих растений требуется в течение всего периода вегетации, так как необходим для развития активно делящихся тканей, или меристем [16].

Биоэлемент германий был определен в образцах листьев полисциаса, в 1000 раз было выше его содержание в образцах гриба шии-таки (табл. 1). Возможно, это связано с тем, что образцы шии-таки были получены при их культивировании их in vitro на шроте биомассы полисциаса, содержащем до 477.0 мкг/г Ge [13]. Этим может быть оправдано использование данного сырья как адаптогенного и иммуномодулирующего средства, в которых германий рассматривается как индуктор гамма - интерферона [15, 18].

Содержание элемента селена, также играющего важную роль в поддержании иммуни-тета, было максимальным в образцах шии-таки и в листьях полисциаса, но в два раза ниже, чем в листьях гинкго.

В табл. 2 представлены показатели содержания биоэлементов в некоторых БАД, широ-ко рекламируемых в России и за рубежом [19, 20]. Анализируя данные, представленные в табл. 2, можно отметить, что максимальное содержание всех биоэлементов было определено для образца №24 - “Американский женьшень”. Повышенным содержанием таких элементов как Na, K, Mo, Ge, B и Se отличался образец №28 - “Кошачий коготь “, в котором содержание этих элементов было выше, чем в остальных образцах.

Для образца №27 - “Чеснок“, напротив, большинство биоэлементов находились на минимальном уровне в сравнении с другими. Однако содержание германия в данном пре-парате выше, чем во всех остальных образцах, что подтверждает известные данные об имму-номодулирующем действии чеснока, а также рекомендации его применения для профилак-тики онкологических заболеваний и диабета [18]. Чем возможно обусловлен и широкий спектр использования этой добавки в Европе и в США.

Табл. 2. Содержания биоэлементов в БАД (мкг/г cухой массы)

По содержанию таких биоэлементов как натрий, магний и калий образцы №25, 26 и 27 имели близкие значения. Содержание кальция было максимальным в №24 и в 5 раз превосходило таковое в образцах элеутерококка и эхинацеи, но в 100 раз было ниже, чем в образце №27.

Содержание марганца и железа было близким для образцов №25 и №26. Концентрация меди и цинка была в два раза выше в элеутерококке, чем в эхинацеи. Это же можно отметить и для элементов ванадия и хрома, которые часто используют в препаратах для коррекции диабетических состояний [5].

Содержание бария, напротив, в 30 раз было выше в элеутерококке и эхинацеи по сравнению с образцом американского женьшеня и образцами №27 и №28. Несмотря на достаточно высокий уровень некоторых биоэлементов в исследуемых образцах содержание их также не превышало рекомендуемых норм суточного потребления в пищевых продуктах [9, 17].

Особенно хочется отметить, что содержание тяжелых металлов, которым уделяется особое внимание, как для лекарственного сырья, так и для препаратов на их основе и БАД, во всех исследуемых образцах их содержание было либо в пределах допустимых норм, либо они отсутствовали [9]. Так по содержанию As (мкг/г) их можно расположить в следующей последовательности: “Американский женьшень” - 2.600; “Эхинацея” - 1.831; “Элеутерококк” - 1.418; листья полисциаса - 0.605; Шии-таки - 0.503; листья гинкго - 0.31 [3]. По содер-жанию Sn мкг/г: листья полисциаса - 0.180; листья гинго-0.177; “Кошачий Коготь” - 0.105; “Американский женьшень” - 0.369; “Эхинацея” - 0.065; “Элеутерококк” - 0.061; “Чеснок” - 0.009. По содержанию Hg, мкг/г: “Кошачий коготь” - 0.208; листья полисциас - 0.145; “Аме-риканский женьшень” - 0.048; листья гинкго - 0.036; “Элеутерококк” - 0.018; “Эхинацея” - 0.017; “Чеснок” - 0.001.

Таким образом, имея четкую картину качественного и количественного содержания макро- и микроэлементов, можно более рационально использовать данное сырье и пищевые добавки как для корректировки их дефицита в продуктах питания, так и для профилактики некоторых заболеваний.

Выводы

Методом ИСП-МС проведено изучение макро- и микроэлементного состава листьев - Polysciasa filicifolia Bailey (Araliaceae) и листьев Ginkgo biloba L. (Ginkgoaceae), гриба шии-таки, а также БАД: “American Ginseng” (100% Euro Ginseng., Manufacture. NPH b.v./Euro Ginseng, Netherlands. U.K. Grover&Distributor); “Wild Siberian Ginseng” (Root Eleutherococcus senticosus, U.K. Grover & Distributer, Nature's way products Inc. America's Botanical Expert); “Herba Echinacea purpurea” (Nature's way products Inc. America's Botanical Expert. Organical Certified); “Кошачий коготь” (Кора тропической лианы - Uncaria Tomentosa, Арт Лайф. сертифицирован по ИСО9001:2000); “Порошок чеснока”, драже. Илья Рогов. (Ilja RogoffR Forte. A. Nattermann&Сie. GmbH.). В исследуемых образцах установлено наличие всех жиз-ненно важных элементов, но наблюдали большие различия в их содержании.

Литература

Абдрахманова Е.Р. Биосреды человека и болезни в условиях антропогенеза Проблемы экологии: Принципы их решения на примере Южного Урала. Под ред. Н.В. Старовой. М.: Наука. 2003. С.86-96.

Агаджанян Н.А., Скальный А.Б. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. М. Изд. КМК. 2001. 83с.

Бабешина Л.Г., Рыжакова Н.К., Колоколова А.П. Экологическая безопасность лекарственного растительного сырья. Научн.- методич. конф. “11- Гаммермановские чтения“ 03.02 - 06.02.2014.- Сб. науч. тр. СПб. 2014. С.34-36.

Куркин В.А., Евстратова Р.И, Запесочная Г.Г. Фенольные соединения Eleutherococcus senticosus. Химия природ. соединений. 1991. №6. С.854-856.

Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: Издательский дом “Оникс 21 век“ Мир. 2004. С.272.

Трубина М.Р., Воробейчик Е.А. Содержание тяжелых металлов в лекарственном сырье в зоне аэротехногенного воздействия среднеуральского медеплавильного завода. Раст. рес. 2013. Т.49. Вып.2. С.203-223

V.A. Dadali. Naturmetabolomic as the molecular basis of working out of natural biological active composition. The 17-th Congress Phytopharm. Abstracts. Book Vena. 2013. T.1. Suppl. P.26-27.

Истомин А.В., Т.В. Юдина. Гигиеническая оценка и прогноз состояния фактического питания отдельных групп населения России. Гигиена и санитария. 1996. №4. С.17-19.

Сан ПИН 2.3.2.1078-01 Продовольственное сырье и продукты пищевые. М. 2006. с доп. 2009.

Скальная М.Г., Нотова С.В. Макро- и микроэлементы в питании современного человека: эколого-физиологические и социальные аспекты. М.: РОСМЭМ. 2004. 310с.

Подунова Л.Г., Скачков В.Б., Скальный А. В., Демидов В.Д., Скальная М.Г., Серебрянский Е.П., Грабескис А.П., Кузнецов, В.В., Тимофеев П.В. Методика определения микроэлементов в диагностируемых биосубстратах атомной спектрометрией с индуктивно связанной аргоновой плазмой. Методические рекомендации, утв. ФЦ ГСЭН 29.01.2003.

Петриченко В.М., Сухинина Т.В., Фурса Н.С., Запоров А.Ю., Жекин А.В. Макро- и микроэле-ментный состав Euphrasia brevipila Burnat et Gremli. Раст. рес. 2003. Т.39. Вып.3. С.111-115.

Слепян Л.И., Кириллова Н.В., Каухова И.Е., Громова О.Н. Биоэлементный состав некоторых штаммов лекарственных растений семейства Аралиевых (Araliaceae). Бутлеровские сообщения. 2013. Т.36. №11. С.128-134

Гусев Н.В. Внутриклеточные Ca-связывающие белки. Часть 1. Классификация и структура. Соровский образовательный ж. 1998. №5. С.2-10.

Трилис Я.Г., Давыдов В.В. Новые сведения о механизмах адаптогенного действия препаратов культуры тканей Panax ginseng и Polyscias filicifolia. Раст. рес. 1995. В.3. С.19-35.

Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Изд. “Наука“. 1964. С.270.

Тутельян В.А., Суханов Б.П. Биологически активные добавки к пище: законодательно-нормативная база оборота в Российской Федерации. Вестник СПб медицинской академии им. И.И. Мечникова. 2007. №2. С.77-85.

Лукевиц Э.Я., Гар Т.М., Миронов В.Ф. Биологическая роль соединений германия. Рига: Зинанте. 1990. С.1-94.

Шилина Т.С. Изучение аминокислотного и элементного состава грудного сбора № 3. Н.- мето-дич. конф. “11- Гаммермановские чтения”. 03-06.02.2014. Сб. научн. тр. СПб. 2014. С.134-136.

R.H. Bauer. Wagner. Echinaceae: Handbuch fur Artze, Apotheker und andere Naturwissenchaftler. Stuttgart. 1990.

Размещено на Allbest.ru