ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ СРЕДНЕЙ ПОЛОСЫ РОССИИ НА ПРИМЕРЕ ПУСТЫРНИКА ПЯТИЛОПАСТНОГО ТРАВЫ

Полный текст

Введение Интерес к препаратам на основе растительного сырья возрастает с каждым годом. Это объясняется высокой терапевтической эффективностью таких лекарственных средств, а также, что наиболее важно, безвредностью и отсутствием побочных эффектов. При этом значительная доля заготовок лекарственных растений осуществляется в средней полосе России, отличающейся высокой плотностью населения, активной хозяйственной деятельностью, развитой сетью транспортных магистралей, большим количеством промышленных производств, интенсивными технологиями ведения сельского хозяйства. В данных условиях нарастает угроза заготовки растительного сырья в экологически неблагоприятных районах, а потому актуальным становится выявление влияния антропогенного загрязнения на химический состав растений [4, 5, 7]. Одним из синантропных видов, сырье которого заготавливается от дикорастущих особей является пустырник пятилопастной (Leonurus quinquelobatus Gilib.) - многолетнее, повсеместно встречающееся, травянистое растение, широко используемое в медицине и фармации в качестве седативного, гипотензивного, спазмолитического, кровоостанавливающего, мочегонного средства [12, 14, 16]. Такое широкое применение обусловлено богатым химическим составом пустырника пятилопастного травы, основу которого составляют флавоноиды, иридоиды, алкалоиды (до 0,4%), эфирное масло (до 0,9%), дубильные вещества (до 2,5%), горечи, витамин С, каротин, макро- и микроэлементы [13, 15]. Пустырник пятилопастной используется в ряде лекарственных препаратов и более чем 40 БАДов, в виде растительного сырья, настойки, жидкого экстракта, сухого экстракта. Пустырник пятилопастной представляет собой рудеральный синантропный евро-азиатский вид, сырье которого заготавливается в дикорастущих особей. Повсеместно встречается в средней полосе России [3, 6, 9, 11]. Малоисследованным аспектом влияния хозяйственной деятельности человека на лекарственные растения является то, что в ответ на увеличение антропогенной нагрузки индуцируется дополнительный синтез вторичных метаболитов, которые играют важную роль в адаптации растений к изменяющимся условиям. Известно, что лигандами для хелатирования токсичных веществ являются органические кислоты, аминокислоты, пептиды, при этом некоторые вторичные метаболиты, например, фенольные соединения, в частности флавоноиды, могут являться хелаторами и принимать участие в детоксикации экотоксикантов, в частности, тяжелых металлов, в растительном организме, в результате чего возможно повышение содержания полифенолов в ответ на стрессовое воздействие окружающей среды [8-10]. Цель исследования - изучение особенностей накопления в лекарственном растительном сырье на примере пустырника пятилопастного травы синантропной флоры средней полосы России наиболее значимых токсичных элементов и биологически активных веществ, а также анализ взаимосвязи между данными процессами. Методика Выбор территорий для заготовки пустырника пятилопастного травы объясняется особенностями антропогенного воздействия (табл. 1) заповедная зона (контроль): Воронежский биосферный заповедник (1); Хоперский заповедник (Новохоперский район); (2), Хоперский заповедник (Борисоглебский район) (3); территория разработки медно-никелевых месторождений (4); зоны, подвергшиеся радионуклидному загрязнению после аварии на Чернобыльской АЭС (Нижнедевицкий (5), Острогожский (6), Семилукский (7) районы); Нововоронежская атомная электростанция (АЭС) (8); высоковольтные линии электропередач (ВЛЭ) (9); зоны с активной сельскохозяйственной деятельностью (Лискинский (10), Ольховатский (11), Подгоренский (12), Петропавловский (13), Грибановский (14), Хохольский (15), Новохоперский (16), Репьевский (17), Воробьевский (18), Панинский (19), Эртильский (20), Верхнехавский (21), Россошанский (22) районы); химические предприятия ОАО «Минудобрения» (23), ООО «Бормаш» (24); города с развитой легкой промышленностью (Борисоглебск (25), Калач (26)); теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) (27); предприятие по выпуску синтетического каучука ООО «Сибур» (28); Воронежское водохранилище (29); аэропорт (30); улица Воронежа (31); территории вдоль дорог разной степени загруженности - трасса М4 «Дон» (32-35, 40-43), трасса А144 (36-39), нескоростная автомобильная дорога (44-47) и железная дорога (48-51) [8, 10]. Пустырника пятилопастного траву заготавливали в соответствии с требованиями ФС.2.5.0034.15 «Пустырника трава», в конце июня - начале июля, в фазу начала цветения от дикорастущих растений, в сухую погоду, срезая верхушки стеблей и ветвей длиной до 40 см. Сушили растительное сырье естественным теневым способом при хорошей вентиляции. [1]. В заготовленных образцах пустырника пятилопастного травы определяли концентрацию нормируемых элементов - свинца, ртути, кадмия, мышьяка, а также наиболее токсичных металлов, содержание которых в лекарственном растительном сырье в настоящее время не нормируется - никель, хром, кобальт, медь, цинк. Исследования образцов проводили с использованием аналитического комплекса на базе атомно-абсорбционного спектрометра с электротермической атомизацией «МГА-915МД» в соответствии с ОФС.1.5.3.0009 [2]. Изучение содержания в сырье суммы флавоноидов в пересчете на рутин, эфирного маса, экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом вели по фармакопейным методикам [1, 2]. Каждое определение проводили трижды, полученные результаты статистически обрабатывали при доверительной вероятности 0,95. Изучение взаимосвязи между количественным содержанием тяжелых металлов и мышьяка, и биологически активных веществ в изучаемых образцах пустырника пятилопастного травы вели методом параметрической статистики по критерию корреляции Пирсона. При расшифровке рассчитанных коэффициентов использовали шкалу Чеддока [7, 9]. Результаты исследования и их обсуждение Концентрация свинца (табл. 1) во всех образцах пустырника пятилопастного травы не превышала установленный ГФ XV числовой показатель [2]. Концентрация свинца в сырье, собранном на контрольных территориях, варьировала от 0,17 мг/кг до 0,34 мг/кг, при этом в остальных образцах, заготовленных в условиях антропогенного воздействия, содержание металла колебалось от 0,17 мг/кг до 2,59 мг/кг. Для агроценозов отмечены менее значительные концентрации свинца в пустырнике пятилопастного траве (0,17-0,42 мг/кг). Содержание ртути варьировало от 0,002 мг/кг до 0,006 мг/кг. Концентрация металла в образцах, собранных в заповедных зонах, практически не отличалась от его концентрации в образцах растений, произраставших в урбоценозах. Концентрация кадмия колебалась от 0,02 мг/кг до 0,48 мг/кг при среднем содержании 0,11 мг/кг, что в 9 раз меньше его ПДК. Концентрация металла в сырье заповедных зон находилась на уровне 0,02-0,03 мг/кг. Более высокие концентрации вновь отмечены в образцах пустырника пятилопастного, произраставшего в урбоценозах - вблизи крупных химических предприятий, в городах, вблизи автотрасс и железной дороги. Концентрация мышьяка в образце, собранном вблизи ТЭЦ «ВОГРЭС, превышала фармакопейные нормы. Средняя же концентрация элемента в пустырнике пятилопастного траве составила 0,21 мг/кг и варьировала от 0,11 мг/кг до 0,53 мг/кг. Средний уровень содержания никеля в пустырника пятилопастного траве оценивается в 3,89 мг/кг (при колебании от 1,04 мг/кг до 8,46 мг/кг). Для сырья заповедных зон отмечено накопление металла на уровне 1,31-3,19 мг/кг, агроценозов - 1,04-4,01 мг/кг. Более высокое содержание никеля (более 5 мг/кг) выявлено в образцах, собранных вблизи ОАО «Минудобрения», ООО «БорМаш», ОАО «Воронежсинтезкаучук», на улице городов, вблизи автотрасс (М4, А144) и железной дороги. Таблица 1. Средние значения содержания тяжелых металлов и мышьяка и биологически активных веществ в пустырника пятилопастного траве № п/п Территория заготовки образцов Содержание элемента, мг/ кг Содержание биологически ак-тивных веществ, % Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn Сумма флавоноидов в пересчете на рутин Экстрак-тивные вещества, извлека-емые 70% спиртом 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 Территория Воронежского биосферного заповедника 0,20 0,004 0,03 0,16 1,45 0,29 0,55 6,23 22,98 0,35 28,21 2 Территория Хоперского заповедника 0,34 0,003 0,02 0,11 3,19 0,44 0,62 8,32 27,92 0,37 26,17 3 Террит. Теллермановского леса (Борисоглебский р-н) 0,17 0,002 0,03 0,10 1,31 0,26 0,48 7,67 32,65 0,48 31,40 4 Село Елань-Колено Новохоперского района 0,28 0,003 0,02 0,12 2,81 0,52 0,52 9,45 28,07 0,41 19,53 5 Село Нижнедевицк Нижнедевицкого района 0,53 0,004 0,07 0,11 1,27 0,72 0,61 11,23 30,80 0,89 26,90 6 Улица города Острогожск 0,52 0,004 0,03 0,17 3,85 1,08 0,59 12,04 39,63 0,95 31,18 7 Улица города Семилуки 0,47 0,004 0,04 0,20 3,25 1,20 0,63 12,15 41,85 0,78 28,53 8 Улица города Нововоронеж 0,23 0,002 0,02 0,15 1,74 0,57 0,56 7,30 27,10 0,85 22,25 9 ВЛЭ (Каширский район) 0,40 0,003 0,06 0,23 4,27 1,15 0,67 12,74 47,47 0,84 17,06 10 Агробиоценоз Лискинского района 0,32 0,003 0,08 0,12 1,04 0,61 0,72 10,53 21,97 0,44 27,90 11 Агробиоценоз Ольховатского района 0,17 0,003 0,02 0,17 3,62 0,89 0,54 9,62 32,64 0,98 29,33 12 Агробиоценоз Подгоренского района 0,23 0,005 0,04 0,18 4,01 0,53 0,65 15,04 29,85 0,42 19,06 13 Агробиоценоз Петропавловского района 0,38 0,003 0,03 0,12 1,16 0,72 0,83 11,96 34,70 0,53 23,18 14 Агробиоценоз Грибановского района 0,32 0,004 0,02 0,25 3,61 0,59 0,43 14,04 38,20 0,65 25,92 15 Агробиоценоз Хохольского района 0,28 0,003 0,06 0,15 2,83 0,31 0,60 13,29 38,25 0,5 18,94 16 Агробиоценоз Новохоперского района 0,30 0,003 0,03 0,21 3,18 0,27 0,57 11,05 29,00 0,77 24,98 17 Агробиоценоз Репьевского района 0,36 0,003 0,05 0,19 3,74 0,57 0,84 12,28 35,17 0,44 20,48 18 Агробиоценоз Воробьевского района 0,26 0,004 0,02 0,11 3,85 0,40 0,67 9,17 27,15 0,42 20,16 19 Агробиоценоз Панинского района 0,30 0,005 0,08 0,21 3,97 0,66 0,58 12,27 43,09 0,68 23,03 20 Агробиоценоз Верхнехавского района 0,42 0,005 0,07 0,23 2,56 0,85 0,54 15,85 34,52 0,74 25,00 21 Агробиоценоз Эртильского района 0,28 0,003 0,04 0,13 3,41 0,61 0,76 12,00 42,80 0,55 21,05 22 Агробиоценоз Россошанского района 0,25 0,004 0,06 0,25 3,28 0,77 0,80 16,75 40,50 0,51 22,16 23 Вблизи ОАО «Минудобрения» (Россошанский район) 1,45 0,005 0,35 0,37 4,58 3,52 1,36 19,63 87,87 1,11 28,57 24 Вблизи ООО «Бормаш» (Поворинский район) 1,05 0,005 0,41 0,46 8,46 2,78 1,52 21,50 65,75 0,3 17,42 25 Улица города Борисоглебск 0,87 0,004 0,29 0,23 5,22 2,13 0,85 18,42 62,03 0,9 27,70 26 Улица города Калач 0,72 0,005 0,10 0,20 5,45 4,05 0,78 14,80 57,20 1,08 31,24 27 Вблизи ТЭЦ-1 «ВОГРЭС» (г. Воронеж) 1,24 0,005 0,13 0,53 3,56 3,16 0,95 17,52 63,18 0,75 23,70 28 Вблизи ОАО «Воронежсинтезкаучук» (г. Воронеж) 1,56 0,005 0,16 0,26 5,20 3,68 1,03 18,35 80,27 0,93 25,61 29 0-100 м от низовья Воронежского водохранилища 0,27 0,004 0,07 0,24 4,17 0,71 0,77 9,53 35,48 0,67 23,51 30 Вблизи международн. аэропорта Воронеж им. Петра I 0,83 0,004 0,04 0,39 5,50 1,06 0,65 12,08 30,07 0,67 19,07 31 Улица города Воронеж 2,59 0,006 0,36 0,32 5,91 4,51 2,29 22,07 89,42 1,04 32,85 32 0 м от автомагистрали М4 «Дон» в Рамонском районе 2,15 0,005 0,48 0,32 6,43 3,61 1,84 25,86 78,01 0,57 15,70 33 100 м от автомагистрали М4 «Дон» в Рамонском р-не 1,75 0,005 0,35 0,24 5,12 1,41 1,02 18,21 57,21 0,66 20,02 34 200 м от автомагистрали М4 «Дон» в Рамонском р-не 0,98 0,005 0,11 0,20 4,42 0,81 0,83 14,28 39,53 0,87 27,90 35 300 м от автомагистрали М4 «Дон» в Рамонском р-не 0,40 0,004 0,07 0,20 3,10 0,64 0,67 13,08 35,05 1,17 29,64 36 0 м от автомагистрали А144 в Аннинском районе 1,89 0,003 0,27 0,23 6,65 2,55 1,69 23,09 63,06 0,38 14,18 37 100 м от автомагистрали А144 в Аннинском районе 1,63 0,004 0,14 0,20 6,08 1,82 1,42 19,57 53,37 0,64 19,30 38 200 м от автомагистрали А144 в Аннинском районе 1,06 0,004 0,09 0,15 4,35 1,91 0,74 14,11 52,81 0,67 22,67 39 300 м от автомагистрали А144 в Аннинском районе 0,33 0,004 0,10 0,14 3,28 0,85 0,54 12,65 41,07 0,8 24,02 40 0 м от автомагистрали М4 «Дон» в Павловском р-е 2,24 0,005 0,21 0,17 6,35 2,21 1,43 24,16 59,35 0,28 13,21 41 100 м от автомагистрали М4 «Дон» в Павловском р-не 1,84 0,005 0,16 0,15 4,08 1,95 1,20 20,55 52,17 0,51 24,52 42 200 м от автомагистрали М4 «Дон» в Павловском р-не 1,32 0,005 0,08 0,12 3,32 1,36 0,98 18,39 49,28 0,76 22,45 43 300 м от автомагистрали М4 «Дон» в Павловском р-не 0,90 0,005 0,08 0,11 3,08 0,97 0,71 12,91 35,17 0,84 25,08 44 0 м от дороги обычного типа в Богучарском районе 0,92 0,005 0,07 0,26 3,86 0,91 0,83 15,53 58,38 1,38 30,45 45 100 м от дороги обычного типа в Богучарском районе 0,57 0,004 0,05 0,20 3,45 0,72 0,64 12,05 41,85 0,83 26,89 46 200 м от дороги обычного типа в Богучарском районе 0,39 0,003 0,02 0,16 3,05 0,69 0,63 10,49 36,14 0,84 27,45 47 300 м от дороги обычного типа в Богучарском районе 0,41 0,004 0,02 0,11 2,45 0,52 0,67 11,59 39,18 0,57 25,17 48 0 м от железнодорожных путей 1,76 0,005 0,15 0,34 5,45 1,53 0,91 27,37 67,30 1,28 33,79 49 100 м от железнодорожных путей 0,64 0,005 0,06 0,27 4,65 1,31 0,73 23,90 51,34 0,83 27,56 50 200 м от железнодорожных путей дороги 0,50 0,004 0,05 0,23 4,25 0,83 0,65 12,21 44,75 0,82 25,80 51 300 м от железнодорожных путей дороги 0,50 0,004 0,06 0,19 3,36 0,65 0,67 14,25 38,39 0,64 23,06 ПДК 6,0 0,1 1,0 0,5 - - - - - Не менее 0,2 Не менее 15 Содержание хрома в изучаемых образцах пустырника пятилопастного травы варьировало от 0,29 мг/кг до 4,51 мг/кг. Отмечены значительно более низкие концентрации элемента в сырье, собранном на контрольных зонах - 0,26-0,44 мг/кг и в агроценозах - 0,31 0,89 мг/кг. В урбоценозах концентрация хрома в надземной части пустырника пятилопастно оказалась значительнее (0,65-4,51 мг/кг). Уровень накопления кобальта в пустырнике пятилопастного траве ниже, чем для хрома. Его содержание варьировало от 0,52 мг/кг до 2,29 мг/кг. В образцах контрольных территорий и агроценозов также отмечены более низкие уровни концентраций данного металла. Пустырника пятилопастного трава в значительной степени накапливает медь и цинк. Концентрация меди варьировала от 6,23 мг/кг до 25,86 мг/кг при среднем содержании в регионе 14,69 мг/кг. Концентрация цинка в изучаемых образцах пустырника пятилопастного травы принимала значения от 21,97 мг/кг до 89,42 мг/кг и в среднем составляла 45,31 мг/кг. Вся заготовленная пустырника пятилопастного трава по результатам исследований признана доброкачественной по содержанию флавоноидов в пересчете на рутин. Образцы, собранные на контрольных территориях, содержали флавоноиды в среднем в 2 раза больше допустимого числового значения. В агроценозах региона содержание флавоноидов варьировало от 0,42% до 0,98%, что в среднем почти в 3 раза превышало установленный нормативной документацией числовой показатель и в 1,5 раза превышало содержание флавоноидов в образцах контрольных зон. Для образцов пустырника пятилопастного травы, собранных в условиях ряда урбоценозов области (вблизи ОАО «Минудобрения», ООО «Воронежсинтезкаучук», на улицах г. Борисоглебска, Калача, Воронежа, вдоль дороги обычного типа и железной дороги, а также на расстоянии 300 м от автотрасс М4 и А144), наблюдали также очень высокие концентрации флавоноидов (от 0,80% до 1,38%), что в 2-3,5 раза превышало содержание флавоноидов в образцах заповедных зон, Это можно объяснить биохимическим приспособлением растения к значительным окислительным стрессам, в ответ на которые происходит индукция синтеза полифенольных веществ [8, 9]. Однако можно выделить образцы, также собранные в условиях значительного антропогенного воздействия, отличавшиеся значительно меньшим содержанием флавоноидных соединений, на уровне 0,28-0,38% (вблизи ООО «Бормаш», вдоль трасс М4 и А144). Вероятно, при чрезмерном токсическом влиянии экотоксикантов происходит угнетение антиоксидантной системы растения, проявляющееся сниженным содержанием флавоноидов [8, 9]. При этом, при удалении от автомагистрали уже на 100 м происходило резкое, почти двукратное, увеличение содержание флавоноидов. Содержание экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, в пустырнике пятилопастного траве варьировало от 13,21% до 33,79% и не соответствовало фармакопейным требованиям для двух образцов - заготовленных вдоль трасс А144 и М4. Для этих же двух образцов выявлены самые низкие значения содержания суммы флавоноидов в пересчете на рутин. Данный факт может указывать на то, что значительная антропогенная нагрузка, которой подвержены растения, произрастающие вдоль дорог с интенсивным движением, вызывала подавление биосинтеза не только флавоноидов, но и других биологически активных веществ, извлекаемых 70% спиртом этиловым (флавоноиды составляют в данном случае не более 5% экстрактивных веществ). Для изучения влияния токсичных элементов на накопление биологически активных веществ в пустырнике пятилопастного траве анализировали коэффициенты корреляции (табл. 2). Таблица 2. Коэффициенты корреляции между содержанием токсичных элементов и биологически активных веществ в пустырнике пятилопастного траве Группа биологически активных веществ Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn Сумма флавоноидов в пересчете на рутин 0,13 0,30 0,02 0,24 -0,01 0,24 -0,03 0,14 0,34 Экстрактивные вещества, извлекаемые 70% спиртом -0,15 0,11 -0,28 -0,04 -0,36 0,00 -0,24 -0,18 0,01 Умеренное положительное влияние на накопление флавоноидов в пустырнике пятилопастного траве отмечено для ртути и цинка. На содержание экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, умеренное отрицательное влияние оказывал никель. Заключение Проанализировано свыше 50 образцов пустырника пятилопастного травы, заготовленной в различных урбоценозах средней полосы России, в которых определено содержание токсичных элементов и основных групп биологически активных веществ. Анализируя данные по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона, можно утверждать о наличии значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов в растении, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Пустырника пятилопастного трава также способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие как медь и цинк). Содержание экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, не соответствует требованиям фармакопейной статьи для двух образцов пустырника пятилопастного травы - для образцов, заготовленных вдоль трасс А144 в Аннинском районе и М4 в Павловском районе. Сырье пустырника пятилопастного, собранного в ряде урбоценозов, отличается повышенным содержанием флавоноидов в пересчете на рутин, что, вероятно, объясняется тем, что ключевой фермент синтеза флавоноидов - фенилаланинаммиаклиаза, имеет ярко выраженную стресс-индуцибельность. Однако, вблизи некоторых производственных предприятий и вдоль автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения, нами были отобраны образцы со сниженным относительно других образцов сырья содержанием флавоноидов в пересчете на рутин. В этих же образцах отмечено наименьшее содержание экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, что позволяет предположить, что при чрезмерном токсическом влиянии поллютантов возможно также угнетение вторичного синтеза метаболитов в растениях. Умеренное положительное влияние на накопление флавоноидов в пустырнике пятилопастного траве отмечено для ртути и цинка. На содержание экстрактивных веществ, извлекаемых 70% спиртом, умеренное отрицательное влияние оказывал никель.

Об авторах

Нина Алексеевна Дьякова

Воронежский государственный университет

Email: email@example.com
доктор фармацевтических наук, доцент, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Минздрава России Россия, 394006, Воронеж, Университетская площадь, 1

Список литературы

Дополнительные файлы