Элементный состав надземных органов рододендрона золотистого (Rhododendron aureum Georgi) флоры Восточного Саяна

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ФГБОУ ВО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России

ФГБУН Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук

Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук

Элементный состав надземных органов рододендрона золотистого (Rhododendron aureum Georgi) флоры Восточного Саяна

И.А. Мурашкина, В.М. Мирович

В.В. Гордеева, Е.П. Чебыкин

Аннотация

Макро- и микроэлементы участвуют во всех биохимических процессах организма человека. Их недостаток, отсутствие или избыточное содержание может привести к развитию патологических процессов. Источниками элементов могут быть лекарственные растения. Статья посвящена изучению элементного состава надземных органов Rhododendron aureum Georgi. семейства Ericaceae, произрастающего в горах Восточного Саяна. Материалом для исследования являлись олиственные побеги Rhododendron aureum, собранные в период плодоношения в южных районах Иркутской области, в горах Восточного Саяна, в кедровнике на высоте 1100 м над уровнем моря. Сырье сушили воздушно-теневым способом, остаточная влажность сырья составляла 8.2-10.4%. Исследования элементного состава проводили хромато-масс-спектрометрическим методом с подготовкой проб методом мокрого озоления с азотной кислотой и перекисью водорода. Для калибровки масс-спектрометра использовали смешанный стандарт, приготовленный из многоэлементных стандартных растворов фирмы HIGH-PURITYSTANDARDS (Charleston, USA) ICP-MS-68A-A (9.88 ppb) и ICP-MS-68A-B(9.91 ppb), а также стандартный образец байкальской воды бутылированной (Mg, Cl, Na, Ca, Si, S, K). Идентифицировано 9 макро- и 63 микро - и ультрамикроэлемента. Из макроэлементов в анализируемых образцах преобладают (в мг/кг) кальций (10100), калий (5200), магний (1440), сера (1190), фосфор (860). Обнаружены важные для организма микроэлементы марганец (990), железо (68), селен (0.042).

Районы заготовки сырья Rh. aureum в горах Восточного Саяна являются экологически чистыми. В анализируемых образцах сырья содержание тяжелых металлов и мышьяка не превышало требований Государственной фармакопеи XIII для лекарственного растительного сырья. Свинца в анализируемых пробах содержалось 0.4 мг/кг (допускается не более 6.0 мг/кг), кадмия - 0.009 мг/кг (допускается не более 1.0 мг/кг), ртути - 0.012 мг/кг (допускается не более 0.1 мг/кг), мышьяка - 0.011 мг/кг (допускается не более 0.5 мг/кг). Таким образом, сырье Rhododendron aureum в виде побегов, собранное в горах Восточного Саяна, может быть безопасным источником микроэлементов.

Ключевые слова: метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, Rhododendron aureum, макроэлементы, микроэлементы, лекарственные растения.

Abstract

Elemental composition of the above ground organs of Rhododendron aureum Georgi. Flora of the East Sayan

І.A. Murashkina, V.M. Mirovich, V.V. Gordeeva, E.P. Chebykin; Science Irkutsk State Medical University, Limnological Institute, Siberian Branch of RAS, Institute of the Earth's Crust, Siberian Branch of RAS

Macro- and microelements are involved in all biochemical processes of the human body. Their lack, absence or excessive content can lead to the development of pathological processes. Medicinal plants can be sources of elements. The article is devoted to the study of the elemental composition of the aboveground organs of Rhododendron aureum Georgi. family Ericaceae, growing in the mountains of Eastern Sayan. The material for the study was the leafy shoots of Rh. aureum, collected during the fruiting period in the southern regions of the Irkutsk region, in the mountains of Eastern Sayan, in a cedar forest at an altitude of 1100 m above sea level. The raw materials were dried by the air-shadow method. The residual moisture of the raw materials was 8.2-10.4%. The studies were carried out by gas chromatography-mass spectrometry method. The samples are prepared by wet ashing with nitric acid and hydrogen peroxide. A mixed standard prepared from multi-element standard solutions from high-puritystandards (Charleston, USA) ICP-MS-68A-A (9.88 ppb) and ICP-MS-68A-B (9.91 ppb) was used to calibrate the mass spectrometer as well as a standard sample of Baikal bottled water (Mg, Cl, Na, Ca, Si, S, K). 9 macro - and 63 micro - and ultramicroelements are identified. Of the macroelements in the analyzed samples (in mg / kg) calcium (1010), potassium (5200), magnesium (1440), sulfur (1190), phosphorus (860) prevail. Manganese (990), iron (68), selenium (0.042) were found to be important for the body. Raw material harvesting areas Rh. aureum in the mountains of the Eastern Sayan are environmentally friendly. In the analyzed samples of raw materials, the content of heavy metals and arsenic did not exceed the requirements of the State Pharmacopoeia XIII for medicinal plant materials. Lead in the analyzed samples contained 0.4 mg/kg (not more than 6.0 mg/kg is allowed), cadmium - 0.009 mg/kg (not more than 1.0 mg/kg is allowed), mercury - 0.012 mg/kg (not allowed more than 0.1 mg/kg), arsenic - 0.011 mg/kg (not more than 0.5 mg/kg is allowed). Thus, Rhododendron aureum raw materials in the form of shoots collected in the mountains of the Eastern Sayan can be a safe source of trace elements.

Keywords: mass spectrometry with inductively coupled plasma, Rhododendron aureum, macrelements, microelements, medicinal plants.

Введение

Макро- и микроэлементы участвуют во всех биохимических процессах организма человека. Они содержатся во внутриклеточной жидкости, регулируя ее состав, участвуют в формировании клеток крови, костей, в процессах функционирования нервной системы, регуляции мышечного тонуса, включая тонус мышц органов сердечно-сосудистой системы. Микроэлементы участвуют в окислительно-восстановительных процессах, принимают участие в биосинтезе гормонов, ферментов, витаминов. В качестве катализаторов участвуют в обмене веществ, тканевом дыхании, процессах размножения, кроветворения и обезвреживания токсических веществ. Минеральные вещества не синтезируются в организме, их баланс поддерживается за счет пищевых продуктов. Недостаток, отсутствие или избыточное поступление минеральных веществ может привести к развитию различных патологических процессов, называемых микроэлементозами. Это ведет к развитию онкологических, аутоиммунных заболеваний, болезней лимфатической системы [1].

К макроэлементам относятся магний, кальций, фосфор, сера, натрий, калий. Кальций принимает участие в образовании энергии, синтезе ДНК и РНК, в регуляции проницаемости мембраны клеток, активирует некоторые ферменты. Кальций необходим для формирования костей, зубов, для их роста и повышения плотности костной ткани. Неорганический фосфор, вместе с кальцием, выполняет структурные функции. Фосфаты входят в состав нуклеиновых кислот, органические соединения фосфора являются центральным звеном энергетического обмена. Магний важный катализатор активности ферментов, участвует в процессах энергообразования. Калий имеет большое значение для нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем. Натрий поддерживает водный баланс организма, обеспечивает буферность крови, активирует пищеварительные ферменты [1, 2, 3].

Дополнительным источником минеральных веществ в организме человека являются не только пища, но и лекарственные растения. Исследованиями Жаворонковой М.Е. с соавторами в дальневосточных видах Rhododendron mucronulatum Turcz., Rh. sichotense Pojark., Rh. tschonoskii Maxim., Rh. schlippenbachii Maxim. установлено содержание 5 макро- и 25 микроэлементов [4]. Дальневосточные виды рода Rhododendron L. в природе и культуре являются марганофилами [5]. В народной медицине Сибири используется листья и побеги рододендрона золотистого - Rh. aureum G., семейства вересковых - Ericaceae [6, 7]. Это вечнозеленый кустарник до 1 м высотой, с темно-бурыми почти стелющимися ветвями. Листья очередные, эллиптические, цельнокрайние, кожистые, с верхней стороны блестящие, темно-зеленые, с нижней более светлые, край листа слегка завернут вниз. Растение цветет в мае, июне. Цветки крупные пятимерные с желтым широко раскрытым венчиком в щитковидных соцветиях на концах побегов. Встречается Rh. aureum в Восточной Сибири в горах в верхней части лесного пояса и на субальпийских лугах [7].

Надземные органы Rh. aureum накапливают различные группы биологически активных соединений [6]. В развитии фармакологического действия значительное место занимают фенольные соединения. Листья и стебли текущего года жизни содержат простые фенольные соединения арбутин, рододендрин, рододендрол, этил-О-в-Э-глюкопиранозид, 5-метокси-1,3-дигидроксибензол [8-13]. Также надземные органы Rh. aureum накапливают флавоноиды ги- перозид, авикулярин, кверцетин, кумарины, дубильные вещества [10, 14]. Из терпеноидов установлено содержание тараксерола, кампанулина [9, 11, 12]. В составе эфирного масла содержатся а-юланген, а-копаен, в-бурбонен, каларен, а-селинен, в-кадинен, кариофилленоксид [15, 16].

Отвары и спиртовые извлечения из Rh. aureum в народной медицине применяются при подагре, эпилепсии, бессоннице, туберкулезе, желудочнокишечных заболеваниях, как мочегонное, при сердечно-сосудистых заболеваниях. Наружно листья применяют в виде ванн при радикулитах, бурсите, обморожениях [6, 10]. Фармакологическими исследованиями подтверждено противовоспалительное действие Rh. aureum [17-19]. Настойка листьев Rh. aureum (1:10), приготовленная на 40% спирте этиловом, увеличивала продолжительность жизни лабораторных животных при экспериментальном сальмонеллезе, обладала антимикробным и антиоксидантным действием [20].

Для определения перспективности применения сырья Rh. aureum в медицинской практике необходимо было установить количественное содержание основных химических элементов в сравнении с другими видами рода рододендрон [4].

элементный побег rhododendron иркутский

Методика эксперимента

Объектом исследования являлись олиственные побеги дикорастущего растения Rh. aureum, собранные в период плодоношения (04.09.2017 г), в южной части Усольского района Иркутской области, в горах Восточного Саяна в кедровнике на высоте 1100 м над у.м. Образцы сырья, собранные от шести экземпляров Rh. aureum, сушили воздушно-теневым способом под навесом. Остаточная влажность сырья 8.20-10.4%. Видовая принадлежность изучаемого растения определена доцентом кафедры фармакогнозии и фармацевтической технологии Иркутского государственного медицинского университета, к.б.н. Бочаровой Г.И.

Исследование элементного состава проводили хромато-масс-спектрометрическим методом. Подготовку образцов для анализа проводили методом мокрого озоления азотной кислотой и перекисью водорода в полипропиленовых пробирках с крышками. К образцам сырья массой 50 мг добавляли 1 мл 72%-ной HNO₃ (очищенной дважды) и озоление вели в ультразвуковой термостатируемой ванне при температуре 70-90°С в течение 30 мин. Далее к образцам сырья прибавляли по 0.4 мл 30%-ной перекиси водорода и выдерживали в ультразвуковой ванне при тех же условиях в течение 30 мин. После озоления в пробирки приливали дистиллированную воду до объема 15 мл и выдерживали в ультразвуковой термостатируемой ванне в течение 30 мин при температуре 70-90°С. Перед взвешиванием пробирок с содержимым их выдерживали при комнатной температуре 12 часов. Рассчитанное количество азотной кислоты в растворах составляло 2%, коэффициент разбавления (Кразб) = 300.

Полученные растворы центрифугировали в течение 10 мин на центрифуге Mini Spin (Германия) при числе оборотов 13400 об/мин. Далее надосадочную жидкость в количестве 1.8 мл весовым способом переносили в другие пробирки центрифужные. В качестве внутреннего стандарта в них прибавляли по 40 мкл рабочего раствора индия (In = 477.65 ppb, приготовлен из стандартного раствора In = 989 ppm фирмы Fluka Analytic, Швейцария). Концентрация In составляла 10 ppb. Так же поступали при приготовлении холостой пробы. Все операции по взвешиванию проводились на аналитических весах с погрешностью взвешивания ± 0.0003 г марки Mettler Toledo AG104. Полученные растворы анализировали на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce. Пробы вводили с помощью концентрического кварцевого распылителя, скорость подачи 400 мкл/мин, режим подачи - самораспыление. Применялась кварцевая распылительная камера Скотта, кварцевая горелка с системой Shield Torch.

Для калибровки масс-спектрометра использовали смешанный стандарт, приготовленный из многоэлементных стандартных растворов фирмы HIGH-Puritystandards (Charleston, USA) ICP-MS-68A-A (9.88 ppb) и ICP-MS-68A-B(9.91 ppb), а также стандартный образец байкальской воды бутылированной (Mg, Cl, Na, Ca, Si, S, K) [21]. Корректировку на интерферирующие молекулярные ионы (MeO⁺, MeOH⁺, MeAr⁺, MeCl+) проводили с использованием подхода, описанного в работе [22].

Ошибки измерения элементов оценивали по экспериментально установленной зависимости коэффициента вариации (RSD %) от величины аналитического сигнала (N, имп./с): RSD % = 125,71*N^-033103, где N = 20-20 000 имп./с. Сигналы величиной более 20 000 имп./с характеризуются RSD 5% и лучше, сигналы величиной менее 20 имп./с характеризуются RSD более 50%.

Типичные ошибки определения химических элементов в зависимости от их концентрации в измеряемых растворах и в пересчёте на сухую массу в растительных образцах представлены в табл. 1.

Обсуждение результатов

В ходе исследования минерального состава в надземных органах Rh. aureum установлено содержание 72 макро-, микро- и ультрамикроэлементов. Из макроэлементов присутствует 9 элементов. Преобладающими являются кальций - 10100 мг/кг, калий - 5200 мг/кг, магний - 1440 мг/ кг. Макроэлементы по мере убывания концентраций в Rh. aureum образуют следующий ряд: Ca > K > Mg > S > P > Cl > Si > Al > Na (табл. 2).

Недостаток кальция в организме способствует развитию болезней суставов, повышению уровня холестерина в крови, появлению судорог. Нехватка калия в организме вызывает когнитивные нарушения, сухость кожи, приступы сердцебиения, нервозность, отеки. Снижение содержания магния в организме приводит к нарушениям сердечного ритма, появлению синдрома хронической усталости, нарушению процесса пищеварения [3].

Таблица 1