Комплексное изучение химического состава растений является наиболее полным, если оно проводится с учетом всех содержащихся в растениях групп биологически активных веществ, в том числе и элементного состава, исследование которого представляет интерес с различных точек зрения. С одной стороны, макро- и микроэлементы являются биологически активными веществами растений, играющими большую роль в жизнедеятельности организмов, проявляя, как самостоятельный фармакологический эффект, так и потенцируя свойства биологически активных комплексов (БАК) растений. С другой стороны, растения – чуткие индикаторы геохимической среды, способные аккумулировать элементы из разных частей биосферы в зависимости от характера загрязнения. Вследствие этого уровни накопления химических элементов являются показателями степени экологической чистоты лекарственного сырья, на основании которых можно говорить о возможности использования его в качестве источника для получения препаратов [6, 7]. Немаловажным фактором является и то, что состав элементов в растениях рассматривается в систематике как общепризнанный дополнительный хемотаксономический признак. Это подтверждается накопленными данными, доказывающими связь между систематическим положением и способностью концентрировать определенные элементы отдельными видами, родами и семействами (например, хлор для рясок, молибден для бобовых, йод для красных водорослей, кремний для хвощей и т.д.) [1, 6, 7].
Объектом нашего исследования являются виды рода Equisetum L. – представителя ископаемых растений, насчитывающего по оценкам разных систематиков от 12 до 38 видов. В настоящее время, из всего рода хвощ только хвощ полевой (Equisetum arvense L.) является официнальным лекарственным растением. В то же время большинство других хвощей, которые на протяжении длительного времени успешно используются в народной медицине, гомеопатии, ветеринарии, косметологии и сельском хозяйстве, до сих пор не используются в медицинской практике. В связи с этим особое значение приобретает комплексное изучение химического состава хвощей для определения возможности равноценной замены официнального вида; расширения областей применения официнального вида; определения возможных направлений использования хвощей в медицине; установления взаимосвязи биологическая активность / компонентный состав; уточнения систематического положения; диагностики видов на основании данных о химическом составе [3].
Как было показано нами ранее, с точки зрения химического состава род хвощ представляет интерес, так как с одной стороны, обнаруженные в хвощах 5-гидроксифлавоны и дигалогенсодержащие флавоноиды редко встречаются в природе и характерны в основном для микроорганизмов и примитивных растений, стоящих в филогенетическом отношении на низшей ступени развития. С другой – некоторые хвощи имеют разнообразный состав флавоноидов, характерный для молодых, продвинутых в систематическом отношении видов. Таким образом, оба этих обстоятельства свидетельствуют о связи между высшими и низшими растениями, а индивидуальные отличия в комбинациях содержащихся соединений указывают на видовую самостоятельность хвощей в рамках единого таксона и предоставляют дополнительную возможность решения спорных вопросов систематики рода. Кроме того, некоторые обнаруженные вещества можно использовать в качестве хемотаксономических маркеров отдельных видов и подродов [3, 9]. Наиболее изученным элементом в хвощах является кремний [1, 3, 4]. При этом ранее нами было установлено, что виды подрода Hippochatae Milde превосходят виды подрода Equisetum Sad. по содержанию кремния в 2–3 раза, что соответствует их морфологической характеристике, согласно которой стебли большинства видов этого подрода очень жесткие [3, 4].
Роль фенольных соединений и соединений кремния, содержащихся в хвощах, в обеспечение разных видов активности была показана нами экспериментально, что позволило определить направления поиска перспективных видов в рамках рода и подродов [3]. Кроме того, учитывая опыт народной медицины, экспериментальные данные, мы предполагаем возможность разработки на основе БАК хвощей экстракционных препаратов для дополнения и усиления действия противотуберкулезных средств, препаратов для профилактики и лечения заболеваний опорно-двигательной системы, в возникновении которых немаловажную роль дефицит макро- и микроэлементов [5, 8, 10–12]. В связи с этим цель данного исследования состояла в определении элементного состава видов рода хвощ.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования являлись 10 дикорастущих видов рода хвощ, собранных на территории Красноярского края, Томской, Новосибирской, Кемеровской, Иркутской и Омской областей. Сырье сушили воздушно-теневым способом. Определение количества и состава элементов проводили на 6 образцах в 5 биологических повторностях нейтронно-активационным и рентгено-флуоресцентным методами. Сырье сушили воздушно-теневым способом, измельчали до частиц размером менее 1 мм и подвергали озолению в фарфоровых тиглях по общепринятой методике ГФ XI [2]. В качестве сравнения использовали стандартный образец травосмеси Тр-1 (ГСО 8922-2007) CO KOOMET 0066-2008-RU. Контроль проводили методом добавок. Уровень значимости результатов соответствует доверительной вероятности событий Р > 0,95. Для статистической обработки данных использовали программу Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Как следует из результатов исследования, приведенных в таблице в видах рода хвощ присутствуют более 35 макро- и микроэлементов, среди которых токсичные (ртуть, сурьма, барий, стронций, бром, свинец), биогенные и очень редкие элементы (золото, серебро, уран, талий). Сравнение состава выявленных в хвощах элементов показывает, что оно сходно. Однако по уровням содержания элементов некоторые виды существенно отличаются друг от друга, подтверждая данные литературы о том, что содержание химических элементов у растений возрастает от самых примитивных видов к систематически более молодым. В частности, наименьшие уровни содержания элементов отмечены у примитивных видов подрода Hippochatae Milde, наибольшие – у филогенетически молодых видов подрода Equisetum Sad. Величина разности средних арифметических содержания элементов у систематически близких видов незначительна (например, в парах: х. полевой и х. болотный; х. зимующий и х. камышковый), тогда как между систематически отдаленными видами большая (х. полевой и х. камышковый).
Общей тенденцией для рода является накопление, наряду с кремнием, таких элементов как кальций, натрий, железо, цинк. Отличия заключаются в преобладании у видов подрода Hippochatae Milde (х.зимующий, х. камышковый, х.раскидистый, х.ветвистый) в 2 раза таких элементов как кремний, никель, кобальт и в 2–4 раза цинка и меди. Для видов подрода Equisetum Sad. (х. полевой, х. луговой, х. лесной, х. приречный, х. болотный, х. береговой) характерно при относительно незначительном содержании кремния более значительное накопление хрома, марганца, превосходящее в два раза виды другого подрода. Мы сравнили полученные уровни содержания некоторых элементов в хвощах с нормами адекватного суточного потребления, принятыми в Российской Федерации. При этом было установлено, что все виды рода содержат 10–13 % дневной нормы селена, а концентрация железа в хвощах превосходит дневную норму в 3–10 раз. Представители подрода Hippochatae Milde способны удовлетворить суточную потребность в кремнии на 200 %; в марганце на 90–120 %; меди на 28–300 %, в кальции на 2 %; в магнии на 1,5 %. Цинк в разных видах этого подрода содержится в концентрациях, превосходящих дневную норму в 5–7 раз. Виды подрода Equisetum Sad. содержат 2,3–3,5 % от дневной нормы кальция; 49,0–63 % кремния; магния 1–1,5 %; цинка 30–292 %. Уровни «индикаторных» для этого подрода элементов составляют: хром 660 % от суточной потребности, марганец от 150 до 375 %.
Элементный состав растений рода хвощ
|
Элементы |
Подрод Equisetum Sad. |
Подрод Hippochatae Milde |
||||||||
|
Equisetum arvense |
Equisetum prаtense |
Equisetum sylvaticum |
Equisetum fluviatile |
Equisetum palustre |
Equisetum x litorale |
Equisetum hуemale |
Equisetum scirpoides |
Equisetum variegatum |
Equisetum ramosissimum |
|
|
K, % |
0,44 |
0,18 |
0,60 |
5,00 |
0,24 |
5,07 |
0,35 |
0,23 |
0,34 |
0,30 |
|
Na, % |
0,15 |
0,19 |
0,17 |
0,19 |
0,19 |
0,15 |
0,20 |
0,18 |
0,20 |
0,20 |
|
Ca, % |
0,41 |
0,73 |
0,66 |
0,75 |
0,80 |
0,81 |
1,02 |
0,86 |
0,91 |
1,00 |
|
Si, % |
1,31 |
1,05 |
1,07 |
1,19 |
1,23 |
1,36 |
4,04 |
3,31 |
3,53 |
3,44 |
|
Mg, % |
0,89 |
0,72 |
0,87 |
0,83 |
0,86 |
0,91 |
0,78 |
0,64 |
0,59 |
0,67 |
|
B, % |
0,45 |
0,39 |
0,56 |
0,47 |
0,42 |
0,55 |
0,089 |
0,093 |
0,11 |
0,095 |
|
Fe, % |
1,65 |
1,88 |
1,37 |
1,46 |
5,69 |
2,61 |
5,28 |
0,44 |
0,92 |
0,47 |
|
Br, мг/т |
2,90 |
1,86 |
1,73 |
2,36 |
2,24 |
1,56 |
2,49 |
1,70 |
1,93 |
1,87 |
|
Co, мг/т |
0,50 |
1,43 |
1,72 |
2,15 |
1,52 |
1,05 |
1,07 |
1,05 |
0,89 |
0,69 |
|
La, мг/т |
0,69 |
0,36 |
0,64 |
0,49 |
0,51 |
0,40 |
0,28 |
0,38 |
0,29 |
0,31 |
|
Mn, мг/т |
1,80 |
4,33 |
30,1 |
5,36 |
3,21 |
3,77 |
2,51 |
2,40 |
2,02 |
1,80 |
|
Rb, мг/т |
1,04 |
2,46 |
1,63 |
2,17 |
2,11 |
1,11 |
0,21 |
0,55 |
0,73 |
0,43 |
|
Pb, мг/т |
0,50 |
1,15 |
1,72 |
2,15 |
1,52 |
0,25 |
1, 54 |
0,42 |
0,66 |
0,01 |
|
Se, мг/т |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
|
Sr, мг/т |
4,57 |
4,84 |
3,91 |
3,25 |
3,44 |
3,01 |
2,97 |
1,90 |
1,00 |
1,40 |
|
Sb, мг/т |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
|
Ta , мг/т |
< 0,01 |
< 0,01 |
< 0,01 |
0,052 |
0,072 |
< 0,01 |
< 0,01 |
< 0,01 |
< 0,01 |
< 0,01 |
|
Cr, мг/т |
0,33 |
< 1,43 |
0,52 |
< 1,72 |
< 1,52 |
< 1,42 |
0,83 |
0,31 |
0,50 |
0,45 |
|
Cu, мг/т |
0,28 |
0,67 |
1,33 |
1,52 |
0,59 |
1,35 |
2,45 |
3,42 |
1,15 |
5,00 |
|
Sc, мг/т |
0,53 |
0,26 |
0,25 |
0,24 |
0,30 |
0,33 |
0,11 |
0,17 |
0,18 |
0,12 |
|
Sb, мг/т |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
< 0,006 |
|
Nd, мг/т |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
< 0,5 |
|
Ni, мг/т |
0,33 |
2,42 |
2,80 |
3,33 |
1,99 |
3,33 |
4,67 |
4,66 |
4,26 |
4,89 |
|
Cs, мг/т |
1,2 |
1,4 |
1,2 |
1,1 |
1,1 |
1,1 |
0,69 |
0,82 |
0,71 |
0,74 |
|
Ag, мг/т |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
< 0,04 |
|
Ba, мг/т |
51,40 |
76,60 |
61,91 |
75,62 |
85,04 |
55,67 |
66,83 |
55,11 |
53,10 |
57,02 |
|
Au, мг/т |
0,024 |
0,014 |
0,018 |
0,014 |
0,015 |
0,014 |
0,009 |
0,010 |
0,009 |
0,004 |
|
Sm, мг/т |
0,14 |
0,062 |
0,067 |
0,074 |
0,072 |
0,070 |
0,077 |
0,072 |
0,078 |
0,078 |
|
Eu, мг/т |
0,045 |
0,040 |
0,025 |
0,032 |
0,035 |
0,028 |
0,029 |
0,010 |
0,011 |
0,022 |
|
Hg, мг/т |
< 1,0 |
< 1,0 |
< 1,0 |
5,20 |
5,10 |
< 1,0 |
2,90 |
< 1,0 |
< 1,0 |
< 1,0 |
|
U, мг/т |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
< 0,03 |
|
Ce, мг/т |
< 0,2 |
< 0,2 |
< 0,2 |
0,78 |
0,94 |
< 0,2 |
0,46 |
< 0,2 |
< 0,2 |
< 0,2 |
|
Zn, мг/т |
6,32 |
6,21 |
7,55 |
0,72 |
3,61 |
0,91 |
13,35 |
12,30 |
12,21 |
13,40 |
|
Tb, мг/т |
0,023 |
0,017 |
0,023 |
0,021 |
0,023 |
0,021 |
0,020 |
0,009 |
0,0017 |
0,0056 |
|
Yb, мг/т |
< 0,009 |
0,043 |
0,062 |
0,057 |
0,069 |
< 0,009 |
0,046 |
< 0,009 |
< 0,009 |
< 0,009 |
|
Lu, мг/т |
< 0,002 |
< 0,002 |
< 0,002 |
0,013 |
0,016 |
< 0,002 |
0,011 |
< 0,002 |
< 0,002 |
< 0,002 |
|
Hf, мг/т |
0,21 |
0,10 |
0,15 |
0,18 |
0,14 |
0,10 |
0,11 |
0,09 |
0,08 |
0,088 |
|
Th, мг/т |
0,15 |
0,12 |
0,14 |
0,09 |
0,11 |
0,09 |
0,085 |
0,06 |
0,08 |
0,09 |
Содержание в хвощах токсичных элементов, таких как свинец, мышьяк, кадмий, не превышает предельно допустимые концентрации ПДК БАД на основе чистых субстанций (витамины, минеральные вещества, органические кислоты и др.) по «Гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.1078-01».
Выводы
Проведенное исследование позволило идентифицировать в хвощах 38 химических элементов. Содержание свинца, мышьяка, кадмия не превышает предельно допустимые концентрации и соответствует требованиям Сан ПиН 2.3.2.1078-01. Установлено, что систематически близкие виды имеют сходный элементный состав. Выявлены элементы, которые наряду с фенольными соединениями, можно рассматривать в качестве дополнительного хемотаксономического маркера для рода, подродов и отдельных видов. Определены виды богатые кремнием, марганцем, железом, медью, цинком, которые в дальнейшем можно использовать для создания на основе их БАК препаратов для коррекции минерального баланса.
Рецензенты:
Ермилова Е.В., д.фарм.н., заведующая кафедрой фармацевтической химии, ГБОУ ВПО СибГМУ, г. Томск;
Новожеева Т.П., д.б.н., профессор кафедры фармакогнозии с курсами ботаники и экологии, ГБОУ ВПО СибГМУ, г. Томск.
Работа поступила в редакцию 28.07.2014.