ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЦИСТАНХЕ СОЛОНЧАКОВОЙ (Cistanche salsa) ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ КАРАКАЛПАКСТАН

АННОТАЦИЯ

Макро- и микроэлементы большинства лекарственных растений, в том числе и виды цистанхе, произрастающих в экологически неблагоприятных условиях Каракалпакстана являются почти не изученным. Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проведено изучение макро- и микроэлементного состава надземных, подземных органов и семян растения цистанхе солончаковой (cistanche salsa), произрастающего в Каракалпакстане. Установлено наличие 41 элементов в семенах из 44 определенных анализом, и по 39-элементов в надземных и подземных органах цистанхе. Среди всех жизненно-важных элементов в исследованных объектах калий, кальций, магний, натрий являются доминирующими. Содержание калия максимально в семенах и надземной части, а подземных – натрия.

ABSTRACT

Macro- and microelements of most medicinal plants, including cistanche species growing in ecologically unfavorable conditions of Karakalpakstan, are almost unexplored. Mass spectrometry with inductively coupled plasma was used to study the macro- and microelement composition of aboveground, underground organs and seeds of the cistanche salsa plant growing in Karakalpakstan. The presence of 41 elements in the seeds out of 44 determined by analysis, and 39 elements each in the aboveground and underground organs of the cistanche was established. Among all the vital elements in the studied objects, potassium, calcium, magnesium, sodium are dominant. The content of potassium is maximum in the seeds and above-ground parts, and in the underground - sodium.

Ключевые слова: Лекарственное растение, Cistanche salsa (C.A.Mey)Beck, элементный состав, микроэлементы, макроэлементы, эссенциальные микроэлементы, токсичные микроэлементы, анализ, метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Keywords: Medicinal plant, Cistanche salsa (C.A.Mey)Beck, elemental composition, microelements, macroelements, essential microelements, toxic microelements, analysis, inductively coupled plasma mass spectrometry method.

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется изучению биологически активных веществ, извлекаемых из лекарственных растений. Именно лекарственное растительное и животное сырье в современной медицине рассматривается как наиболее перспективный источник легкоусвояемых форм макро- и микроэлементов, витаминов, аминокислот и других групп биологически активных веществ [1, с.976].

Одним из таких растений, интересных с точки зрения химического и фармакологического исследования являются растения Cistanche (сем. Orobanchaceae Vent), представленные в Республике Каракалпакстан четырьмя видами (C. Ambigua, C. Flava, С. Salsa, С.trivalvis) [2, с. 510; 3, с. 130-132].

Это многолетние травянистые растения до 40 см в высоту, паразитирующие в основном на корнях тамарикса (Tamarix L.) из сем. Гребенщиковых (Tamaricaceae), саксаула (Haloxylon), солянок (Salsola L.), анабазиса (Anabasis L.), поташника (Kalidium) из сем. Маревых (Chenopodiaceae) и жузгуна (Calligonum L.) из сем. Гречишных (Polygonaceae). перешедшие на гетеротрофный способ питания и метаболизма, полностью лишенные хлорофилла и утратившие способность к фотосинтезу.

Цистанхе не имеет корневой системы и не продуцирует хлорофилл. Все питательные вещества и воду для вегетации берет из корней растения-хозяина. Стебель (столон) цистанхе толстый, в диаметре до 10 см, покрыт продолговато-ланцетными чешуями, размещенными в очередном порядке. Цветение растения начинается весной, примерно в марте. Плод – дву-, трехстворчатая раскрывающаяся коробочка. Плодоносит растение в июне-августе. Размножается семенами [4, с. 46-63; 5, с. 123-124].

Виды Цистанхе из семейства Заразиховые относятся к числу ценных технических растений, малоизученных и неиспользуемых в официальной медицине, но щироко применяемые с древнейших времен в народной медицине Китая, Кореи и Японии, а в развитых странах широко используется как исходное сырье для производства фармакологически активных препаратов широкого спектра действия.

В настоящее время лечебные свойства цистанхе и наличие широких фармакологических свойств (антиоксидантные, противовоспалительные, иммуностимулирующие, нейропротекторные) подтверждены многочисленными исследованиями ученых Китая и Японии [6, с. 233-247].

Цистанхе солончаковая содержит углеводы и родственные соединения, органические кислоты (янтарная), иридоиды (цисгахлорин, цистанин),  стерины, фенолы и их производные фенилэтаноидные гликозиды (цистанозиды, актеозиды, дикофеоилактеозиды, османтузиды, эхинакозиды, салидрозиды, ацетозиды), лигнаны (сирингин, лириодендрин), значительное количество олигосахариды, обнаружены флавоноиды (0,5%) и алкалоиды (0,33%). [7,с.400; 8, с. 265].

Возможность использования цистанхе, произрастающих на территории Каракалпакстана как сырьевой источник выделения биологически-активных веществ(БАВ) и получения фитопрепаратов диктует необходимость исследования основных его компонентов.

Поскольку фармакологическое действие лекарственного растения обусловлено не только органическими, но и неорганическими веществами, а также для исключения эффекта токсичности, мы сочли целесообразным изучить макро- и микроэлементный состав надземной и подземной частей растения Cistanche salsa, произрастающего в экологически неблагоприятных условиях Республики Каракалпакстан.

Макро- и микроэлементы являются составной частью любого растительного и животного организма, жизненно необходимы в достаточных количествах, поскольку без них не могут протекать основные физиолого-биохимические реакции организма. Сочетаясь с химическими регуляторами обмена веществ, они становятся посредниками различных биохимических процессов, корректорами обмена веществ в организме человека. [9, с. 79-84]

В животном организме и организме человека недостаточное поступление микроэлементов с пищей может вызывать микроэлементозы. Поэтому изучение содержания макро- и микроэлементов в цистанхе является важной задачей исследования.

Целью данной работы было изучение элементного состава надземной и подземной частей столоны, а также семян растения Cistanche salsa, произрастающего в Каракалпакстане.

Материалы и методы исследования.

Объектами нашего исследования были надземные и подземные части столоны Cistanche salsa, которые были собраны в мае 2019г. в период цветения на территории поселка Жаслык плато Устюрт Республики Каракалпакстан и семена этого растения, собранные в период плодоношения.

Собранное растение было очищено и разделено на надземные и подземные части столоны, семена отделены от коробочек.

Анализ элементного состава в исследуемых объектах был проведен с помощью метода масс- спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на приборе ISP-MS (Nexion 2000) фирмы Perkin Elmer, обладающей высокой чувствительностью и селективностью и позволяющий определять в одной пробе содержание макро- микро и ультрамикроэлементов после специальной пробоподготовки. Этот многоэлементный метод в последние годы считается наиболее перспективным методом для определения микро- и ультрамикроэлементов в биосубстратах, благодаря чрезвычайно низким пределам обнаружения (по большинству элементов ниже 0,01 мкг/л) и высокой производительности [10, с. 298-313; 11, с. 19-24].

Для проведения анализа, необходимо исследуемые образцы предварительно перевести в раствор, используя разложение смесями кислот в закрытых системах (автоклавах). С этой целью точная навеска (около 0,0500-0,5000 г) исследуемого образца вставлялись в тефлоновые автоклавы, предназначенные для влажного озоления. Затем в автоклавы заливались соответсвующие количества (4 мл) концентрированной азотной кислоты и (3 мл) перекиси водорода, закрывали автоклавы и ставили на прибор микроволнового разложения BERGHOF c программным обеспечением MWS-3+ (Германия). Определение программы разложения проводят исходя из типа исследуемого вещества, указывая степень разложения и количество автоклавов (до 12 шт). Время разложения образцов – от 25 до 40 мин относительно выбранной программы. После разложения все содержимое автоклавов количественно переносили в 100 мл мерную колбу и доводили объем до метки 0,5% азотной кислотой. Дальнейший анализ макро- и микроэлементов проводили на приборе ИСП МС. В качестве стандартов использовали мультиэлементный стандарт и стандарт – Hg. Анализ повторяли 3 раз и вычисляляли среднее арифметическое. RSD для каждого элемента должно быть в пределах от 0,01 до 1,0%. Использован автодозатор S-200 Perkin-Elmer, мощность генератора – 1500 W, скорость потока перистальтического насоса – 1,2 мл/мин, поток аргона – 12-15 л/мин, обзор аксиальный, небулайзер – 0,8 л/мин.      

Результаты и обсуждение.

В процессе исследований были определены эссенциальные элементы условно-эссенциальные, потенциально токсичные и токсичные элементы. Полученные в результате анализа данные были сгруппированы по группам элементов, выполняющих близкие функции и по вышеотмеченной классификации.

В результате исследования элементного состава столоны и семян Cistanche salsa (цистанхе солончаковая), произрастающего в РК методом масс- спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ISP-MS (Nexion 2000) были определены содержания 44 макро- и микроэлементов. В таблице 1 представлены результаты анализа.

Как видно из таблицы 1 в каждом образце обнаружены 44 элементов. Такие элементы как Ta, In, Tl, Bi отсутствуют в надземной части стебля, в подземной части - Ta, In, Bi, семенах - Ta, In или же их содержание находится за пределами возможностей определения данного метода.

В Таблице 2 представлены ряды элементов в порядке убывания их содержания в исследуемых образцах цистанхе солончаковой (семена, надземная и подземная части столоны цистанхе) .

Таблица 1.

Макро- и микроэлементы в Cistanche salsa, мг/л

Таблица 2.

Ряд макро- и микроэлементов Цистанхе в порядке убывания 

На основании анализа таблицы1 можно сделать следующие заключения: состав концентрата богат макроэлементами, такими как Na, К, Mg, P, Ca, S.

Содержание макроэлементов находятся в следующей убывающей последовательности: для семян К> Са> Mg >Na> Р> S; для надземной части стебля К> Mg > Са> Na > S> Р; для подземной части стебля Na > К > Са> Mg> S> Р. Как видно из этой последовательности в семенах и надземной части стебля максимальная концентрация приходится на К, в то время как в подземной части столоны превалирует натрий. Причем содержание К в надземной части стебля цистанхе достигает величины 10619,65мг/л по сравнению с подземной частью (7113,77) и семенами (7092,323).

Учитывая важную биологическую роль К в организме человека, которое заключается в регуляции водно-солевого обмена, поддержании тонуса и автоматизма сокращения сердечной мышцы, удалению из организма воды, можно с уверенностью сказать о возможности применения цистанхе для лечения и профилактики сердечно-сосудистых, и ряда других заболеваний.

Немаловажную роль в организме играют и Са с Mg. . Кальций как основа костной ткани, обеспечивает прочность ногтей и зубов, нормализует проницаемость клеточных мембран, способствует образованию костной ткани, влияет на функцию желез мышц и нервной системы, замедляет развитие воспалительных процессов. Катионы Са2+, входящие в состав плазмы крови и тканевых жидкостей, участвуют в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма), в регуляции сердечных сокращений и свертываемости крови. Магний является важнейшим внутриклеточным элементом. Магний участвует в обменных процессах, тесно взаимодействуя с калием, натрием, кальцием; является активатором для множества ферментативных реакций. По количественному содержанию их наибольшая концентрация локализована в семенах, затем в надземной и подземных частях стебля цистанхе.

Аналогичная картина наблюдается и в отношении фосфора. Как известно, значение фосфора для организма человека огромно. Он присутствует во всех тканях, входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов. Соединения фосфора АДФ и АТФ являются универсальным источником энергии для всех живых клеток. Кальциевые соли фосфорной кислоты составляют минеральную основу костной и зубной ткани. Фосфор играет важную роль в деятельности головного мозга, сердца, мышечной ткани.

Его содержание в семенах, надземной и подземной частях цистанхе в порядке убывания соответствует значениям 846,086 мг/л, 744,333мг/л, 656,047мг/л., что вполне удовлетворяет суточной норме 200-400 мг потребности для организма человека и не токсичности фосфора.

 Что касается относительно содержания серы, как видно из таблицы 1, в надземных стеблях – максимальное, а в семенах и подземных органах почти одинаковое содержание.

Таким образом, семена и столоны цистанхе содержат достаточное количество макроэлементов 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 и могут быть использованы как лекарственное и профилактическое растительное сырье при их дефиците в организме.

Из эссенциальных элементов (Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co, Cr, Se) во всех трех объектах содержание железа многократно превышает остальные элементы, особенно в семенах. Учитывая, что железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов и его основной функцией в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах посредством ряда железосодержащих ферментов, столоны и в особенности семена цистанхе могут послужить сырьевым источником для восполнения дефицита железа в организме.

Завышенное содержание в семенах по сравнению со столонами сохраняется и в случае марганца, цинка и кобальта. Важно наличие Мо в составе исследуемых образцов растительного сырья. В организме человека этот элемент является составной частью ферментов альдегидоксидазы, ксантиндегидроксигеназы. Кроме того, Мо важен и для растений, потому что обеспечивает мягкую фиксацию атмосферного азота.

В порядке количественного убывания эти микроэлементы выглядят следующим образом: Fe> Mn> Zn> Cu> Cr> Se >Mo >Co (надземные стебли); Fe> Mn> Zn> Cr>Cu> Se >Mo >Co (подземные стебли); Fe> Mn> Zn> Cr> Cu> Co>Se >Mo (Семена).

Среди условно-эссенциальных микроэлементах наблюдается высокое содержание кремния (715,068-608,653 мг/л). Кремний относится к числу эссенциальных для человека и животных элементов. Кремний в виде различных соединений входит в состав большинства тканей, влияет на обмен липидов, на образование коллагена и костной ткани. Особенно важна роль кремния как структурного элемента соединительной ткани. Последовательность условно-эссенциальных микроэлементов по отдельным частям цистанхе представлено следующим образом: Si >B> Ni > Li>V >As (надземные стебли); Si > Ni >B> Li>V >As (подземные стебли); Si >B> Li> Ni >V >As (семена).

Аналогично для потенциально токсичных элементов эта убывающая последовательность выглядит так: Ti> Sr> Ga> Sn> Rb> Zr> W> Ag= Ge (надземные стебли); Sr> Ti> Ga> Sn> Rb> W> Ge> Zr> Ag (подземные столоны); Ti> Sr> W> Ga> Rb> Sn> Zr> Ag= Ge (семена).

Высокое содержание таких элементов как Ti, Sr, W и Rb в семенах и частично в надземной части стебля цистанхе не вызывает опасений, т.к. согласно литературным данным они либо не токсичны или данные отсутствуют. Обычно в практике используются в основном столоны цистанхе, большая часть которой представляет подземную часть, где содержание потенциально токсичных элементов не превышает нормы.

При анализе результатов по токсичным микроэлементам, как видно из таблицы 1, наблюдается следующая убывающая последовательность количественного содержания для них: Al> Ba> Pb> Be> U> Hg> Sb> Cd> Nb> Tl= Bi (надземная часть столоны); Al> Ba> Pb> Be> Hg> U> Sb=Cd> Nb> Tl> Bi (подземные столоны); Al> Ba> Hg> Pb> Be> U> Nb> Sb> Cd> Tl= Bi (семена).

Наибольшая концентрация алюминия сосредоточена в семенах, а затем в надземных и подземных частях столоны цистанхе. Но для всех токсичных элементов концентрация их не превышает допустимые нормы для живого организма, либо имеет следовые количества.

Выводы.

Таким образом, в результате анализа методом ИСП-МС макро- и микроэлементного состава надземных и подземных частей столоны и семян цистанхе, солончаковой, произрастающего на территории Республики Каракалпакстан, можно констатировать, что они богаты жизненно-важными макроэлементами, эссенциальными и условно-эссенциальными микроэлементами, а содержание потенциально-токсичных и токсичных микроэлементов соответствует нормативным требованиям или содержатся в безопасных следовых количествах. Эти результаты исследования констатируют, что цистанхе, произрастающие в Каракалпакстане могут служить перспективным сырьевым источником эссенциальных макро- и микроэлементов.

Список литературы:

1. Соколов С.Я. Фитотерапия и фитофармакология: Руководство для врачей. — М.: Медицинское информационное агентство, 2000. — 976 с.
2. Флора Узбекистана Том V Ташкент-1961.-510 с.
3. «Иллюстрированный определитель высших растений Каракалпакии и Холрезма», Коровина О.Н., Бахиев А., Таджитдинов М.Т., Сарыбаев Б. 1 и 2 т., ФАН, Ташкент, 1983
4. Терехин Э.С.. Филимонова З.Н. Сем. Orobonchaceae // Определитель растений Средней Азии. – Ташкент: АН УзССР, 1993. – Т. 10- с.46-63.
5. Садырова Г.А., Байжигитов Д.К., «ОСОБЕННОСТИ РОДА CISTANCHE Hoffmgg. Et Link»Наука и жизнь Казахстана №4 (60) 2018 С. 123-124
6. Cistanches Herba: An overview of its chemistry, pharmacology, and pharmacokinetics property Journal of ethnopharmacology Volume 219. Zhifei Fu, Xiang Fan, Xiaoying Wang, Xiumei Gao. 12 June 2018 Pages 233-247
7. Дикорастущие полезные растения России. – СПб., 2001. – С. 400.
8. Юнусов С.Ю. Алкалоиды. – Ташкент, 1975. – С. 265.
9. Биоэлементы в листьях тропических лекарственных растений Polyscias filicifolia (Moore ex Fournier) Bailey (Araliaceae), Ginkgo biloba L (Ginkgoaceae) и биологически активных добавок. Бутлеровские сообщения. Слепян Л. И., Каухова И. Е., Громова О. Н., Пивоварова Н. С., Власенко М. А., Яковлева М. В., и Шантырь И. И. 2014. Т.37. №3, с.79-84
10. Васильева И.Е., Шабанова Е.В., Определение микроэлементов в растениях методом дуговой атомно-эмиссионной спектрометрии. Аналитика и контроль. 2019. Т. 23, № 3. С. 298-313
11. Изучение макро и микронутриентов цист Aртемии Aральского моря. К.Г. Хажибаев, Г.Е. Бердимбетова, Б.П. Карлыбаева, Ю.И. Ощепкова Universum: химия и биология Москва 2019г. Выпуск: 9(63) –С 19-24.