Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ВИДОВ РОДА Equisetum L.

Коломиец Н.Э. 1 Агеева Л.Д. 2 Абрамец Н.Ю. 1
1 ГБОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Минздрава России
2
Проведено исследование элементного состава 10 видов рода хвощ флоры Сибири с использованием нейтронно-активационного и рентгено-флуоресцентного методов анализа. Установлено присутствие 38 химических элементов. У видов, систематически близких внутри одного подрода, отмечен 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 биологически активных комплексов препаратов для коррекции минерального баланса. Содержание тяжелых металлов, таких как свинец, мышьяк, кадмий, в хвощах не превышает предельно допустимые концентрации и соответствует требованиям Сан ПиН 2.3.2.1078-01.
хвощи
элементы
таксономические маркеры
препараты растительного происхождения
1. Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. – Новосибирск: Наука, 1984. – 157 с.
2. Государственная фармакопея СССР. Вып.1. Общие методы анализа / МЗ СССР. – 11-е изд., доп. – М.: Медицина, 1987. – 335 с.
3. Коломиец Н.Э., Калинкина Г.И. Растения рода Хвощ (EQUISETUM L.). Систематика, химический состав, перспективы использования в медицине. – Томск: Печатная мануфактура, 2009. – 88 с.
4. Коломиец Н.Э., Калинкина Г.И. Количественное определение кремния в хвощах // Фармация. – 2009. – № 3 – С. 13–15.
5. Bone Health and Osteoporosis A Report of the Surgeon General Office of the Surgeon General (US). Rockville (MD): Office of the Surgeon General (US), 2004. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK45513.
6. Cronquist A. Chemistry in plant taxonomy: An assessment of where we stand // Chemosyst.: Princ. and Pract./ Eds. F.A.Bisby, J.G.Vaughan, C.A.Wright. – London, 1980. – P. 1–27.
7. Erdtman H.G.H. Chemical principles in chemosystematics // Recent advances in phytochemistry / Eds. T.J. Mabry, R.E. Alston, V.C. Runeckles. – N-Y., 1968. – Vol. 1. – P. 263–268.
8. Ghulam H., Kadri S. M., Manzoor A., Waseem Q., Aatif M.S., Khan G.Q., Manish K. Status of zinc in pulmonary tuberculosis // J. Infect. Dev. Ctries. – 2009. – № 3(5). – Р. 365–368.
9. Kolomiets N.E., Yusubov M.S., Kalinkina G.I. Flavonoid composition of Equisetum arvense and E. x litorale studied by high-perfomance liquid chromatography-mass spectrometry // Chemistry of natural compounds. – 2012. – Vol. 48. – № 1. – P. 135–136.
10. He H., Bleby T.M., Veneklaas E.J., Lambers H., Kuo J. Precipitation of calcium, magnesium, strontium and barium in tissues of four Acacia species (Leguminosae: Mimosoideae) // PLoS One. – 2012. – № 7(7). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3405136/pdf/pone.0041563.pdf.
11. Madhu R. et al. Plants based drugs against Tuberculosis infection Novel Science // International Journal of Medical Science. – 2012. – № 1(5). – Р. 148–154.
12. Newham R.E. Essentiality of Boron for Healthy Bones and Joints // Environmental Health Perspectives. – 1994. – Vol. 102. – № 7. – Р. 83–85.

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.


Библиографическая ссылка

Коломиец Н.Э., Агеева Л.Д., Абрамец Н.Ю. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ВИДОВ РОДА Equisetum L. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8-6. – С. 1418-1421;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34779 (дата обращения: 15.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252