Постоянство химического состава организма человека является одним из важнейших и обязательных условий его нормального функционирования. Минеральные вещества служат катализатором для биохимических реакций в организме и строительным материалом для скелета. В организме они не синтезируются, и их запасы невелики. Минеральные элементы не обладают питательной ценностью, но они нужны организму как вещества, участвующие в регуляции обмена веществ, в поддержании осмотического давления, для обеспечения постоянства рН внутри- и внеклеточной жидкости организма. Многие минеральные элементы являются структурными компонентами ферментов и витаминов.
Как известно, особенности минерального обмена оказывают очевидное воздействие на состояние здоровья, распространенность определенных заболеваний и предболезненных состояний в целом; несомненным является и участие основных микроэлементов в формировании реакций защиты от стрессов, инфекций и новообразований. Поэтому коррекция отклонений в обмене макро- и микроэлементов является перспективным направлением современной медицины, которое может существенно улучшить показатели здоровья населения [1, 2].
В последние десятилетия большое внимание уделяется изучению микроэлементного состава лекарственных растений и фитопрепаратов, что является важным, по крайней мере, в отношении двух позиций.
Во-первых, элементный химический состав растения, произрастающего на определенной территории, или вытяжек, полученных из него, можно рассматривать как своеобразное отражение биогеохимической и экологической ситуации в данном регионе, характеризующее экологическую чистоту заготавливаемого лекарственного сырья.
Во-вторых, действие основных биологически активных веществ, содержащихся в фитопрепаратах, часто проявляется в комплексе с действием макро- и микроэлементов, определяющих природный минеральный состав каждого растения.
Цель настоящего исследования – определить содержание химических элементов в сухом экстракте Padus Grayana maxim, полученного из лекарственного растительного сырья – надземных частей Padus Grayana maxim, культивируемого в Ботаническом саду Национальной Академии Наук Кыргызской Республики.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования являлся сухой экстракт Padus Grayana maxim, полученный методом лиофильной сушки [3].
Предметом исследования являлись химические элементы.
Определение содержания химических элементов в сухом экстракте Padus Grayana maxim производили атомно-абсорбционным методом на атомно-эмиссионном спектрометре Оptima 5300 DV компании PerkinElmer® с двойным обзором плазмы с двухсегментным твёрдотельным CCD детектором полного волнового диапазона.
В основе метода лежит измерение интенсивности излучения света, испускаемого на определенных длинах волн атомами, возбужденными индуктивно-связанной аргоновой плазмой. Количественное определение связано с количеством испускаемого электромагнитного излучения, качественная информация о составе присутствующих элементов связана с длиной волны испускаемого излучения [4, 5].
Метод ICP-AES широко применяется в медицине, фармации и фармакологии для изучения содержания химических элементов в биологических субстратах [6–8].
Экспериментальная часть. Исследование по определению химических элементов включало подготовку и проведение минерализации сухого экстракта Padus Grayana maxim, спектрометрию образцов при температуре 20 ± 2 °C.
Подготовка пробы к выполнению минерализации
Изучаемый экстракт сушили в сушильном шкафу при температуре 40 °C. Далее сухой экстракт измельчали в мельнице до крупности частиц 0,1 мм. Перед взятием навески проба должна приобрести комнатную температуру. Навеску брали путем отсечения скальпелем материала из разных участков пробы на стеклянной разделочной доске.
Навеску пробы помещали в автоклавы DAP 60 (Speed wave MWS-3 + с автоклавами DAP-60, Berghof, Германия) с помощью шпателя, добавляли требуемое количество реагентов (табл. 1) и хорошо перемешивали встряхиванием автоклава при комнатной температуре, по истечении времени, необходимого для реакции, устанавливали автоклавы в микроволновой печи.
Таблица 1
Параметры минерализации пробы
|
Тип пробы |
Аликвота/ навеска |
Реагенты и их количество |
Конечный объем |
Время выдержки* |
|
Сухой экстракт Padus Grayana maxim |
250 мг |
6 мл HNO3, 2 мл H2O2 |
Доводится дистиллиро-ванной водой до 20 мл |
10 мин. |
Примечание. * Время выдержки – время выстаивания пробы с добавленными реагентами в открытом автоклаве для завершения бурной реакции, протекающей при комнатной температуре.
Таблица 2
Условия минерализации пробы
|
Номер программы |
Стадия |
Температура, °С |
Давление, бар |
Время, мин |
Переходное время*, мин |
Мощность, % |
|
12 |
1 |
160 |
30 |
5 |
5 |
80 |
|
2 |
190 |
30 |
5 |
1 |
80 |
|
|
3 |
190 |
30 |
10 |
1 |
80 |
|
|
4 |
100 |
0 |
10 |
1 |
0 |
|
|
5 |
100 |
0 |
10 |
1 |
0 |
Примечание. * Переходное время – время перехода от одной стадии программы до другой.
Описание программы минерализации приведено в табл. 2.
С каждой партией проб через всю процедуру минерализации проводили два холостых опыта, один стандарт и параллельную пробу.
По окончании процесса выжидали не менее 10 минут для полного охлаждения автоклавов. После автоклавы извлекали, предварительно отсоединив вентиляционные трубки, и переносили в вытяжной шкаф, где открывали, получившийся раствор переносили в мерную колбу, обмыв стенки автоклава и внутренней крышки, доводили раствор до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивали и приступали к измерению.
Полученные результаты обработаны стандартными методами вариационной статистики.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты исследований содержания химических элементов в сухом экстракте Padus Grayana maxim представлены в табл. 3, с учетом классического деления минеральных элементов по количественному признаку на макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.
Таблица 3
Содержание химических элементов в сухом экстракте Padus Grayana maxim
|
Наименование химического элемента |
Количество,мкг/100 мг |
Рекомендуемая суточная потребность для человека |
|
Макроэлементы |
||
|
Ca |
880,02 |
800–1000 мг |
|
Mg |
1203,04 |
400 мг |
|
Na |
23,98 |
2000 мг |
|
K |
3465,38 |
2500мг |
|
Р |
233,68 |
800 мг |
|
Микроэлементы |
||
|
Fe |
2,92 |
10–15 мг |
|
Zn |
3,66 |
12 мг |
|
Cu |
0,18 |
1 мг |
|
Mn |
4,75 |
2 мг |
|
Al |
1,58 |
30–50 мг |
|
Ni |
0,51 |
100–300 мкг |
|
B |
3,57 |
1–3 мг |
|
Ba |
0,22 |
0,5–1 мг |
|
Cr |
1,02 |
50 мкг |
|
Se |
0,26 |
50–70 мкг |
|
Mo |
0,041 |
45 мкг |
|
Co |
<0,032 |
10 мкг |
|
Li |
<0,008 |
100 мкг |
|
Bi |
<0,008 |
Не известна |
|
Sb |
<0,16 |
0,01–0,02 мг |
|
Sn |
<0,16 |
2 мг |
|
Pb |
<0,16 |
0,35–0,5 мг |
|
Sr |
2,05 |
1 мг |
|
Ультрамикроэлементы |
||
|
Ag |
<0,024 |
30 мкг |
|
Be |
<0,0016 |
10–20 мкг |
|
Мышьяк |
||
|
As |
<0,32 |
0,01–0,03мг |
Установлено, что в сухом экстракте Padus Grayana maxim присутствует 26 химических элементов. Основные макроэлементы распределились в порядке их убывания следующим образом: K > Mg > Ca > P > Na.
Поскольку фитоэкстракт Padus Grayana maxim обладает иммуномодулирующим действием [9, 10], особый интерес представляет определение в нем содержания микроэлементов – биофилов. Как известно, микроэлементы выполняют важные функции регуляции активности метаболических систем и геномного аппарата клетки. Такие из них, как железо, марганец, селен, цинк, никель, оказывают действие на уровне мессенджерных внутриклеточных систем, индуцируя продукцию и потенцируя действие целого ряда клеточных цитокинов, стимулирующих естественные киллеры. Иммуноцитокины обеспечивают эффективность киллерного цитолизиса и способствуют снижению резистентности к нему опухолевых клеток [11]. Биогенные микроэлементы также входят в состав ферментов и нередко бывают лимитирующими факторами для нормального течения обменных процессов в организме.
В ряду микроэлементов в изучаемом экстракте выявлено наибольшее содержание Mn, В, Zn и Fe, далее следуют Al, Cr, Ni и Se.
К тяжелым металлам относятся химические элементы (металлы) с атомной массой более 40, или химические элементы с удельным весом выше 5г/см3 [12, 13]. Специалистами по охране окружающей среды среди тяжелых металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, ртуть, свинец, висмут, ванадий, как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий являются наиболее токсичными. Мышьяк, сурьма и висмут, как представители токсических элементов пятой группы периодической системы, наиболее часто встречаются в окружающей среде.
Гигиеническая оценка содержания тяжелых металлов в сухом экстракте Padus Grayana maxim выявила отсутствие превышения ПДК тяжелых металлов, принятых для лекарственных средств и биологически активных добавок на растительной основе [14, 15].
Выводы
1. Концентрация химических элементов в сухом экстракте Padus Grayana maxim не превышает допустимых уровней.
2. В фитоэкстракте Padus Grayana maxim выявлено наибольшее содержание биогенных микроэлементов Mn, В, Zn и Fe.
3. Содержание тяжелых металлов в сухом экстракте Padus Grayana maxim не превышает их допустимых уровней, принятых для лекарственных средств и биологически активных добавок на растительной основе.