Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Эколого-фармакогностическое исследование некоторых лекарственных растений Кемеровской обл.

На правах рукописи

ТАНЦЕРЕВА Ирина Герасимовна

ЭКОЛОГО - ФАРМАКОГНОСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

15.00.02 - фармацевтическая химия, фармакогнозия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук

Томск - 2004

Диссертационная работа медицинской академии Федерации.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

выполнена в Кемеровской государственной Министерства Здравоохранения Российской

доктор фармацевтических наук, профессор Попов А.И.

доктор фармацевтических наук, профессор Калинкина Г.И. кандидат биологических наук, доцент Мальцева Л.Т.

Пермская государственная фармацевтическая академия

Защита состоится « 10 » марта 2004 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 208.096.04 при Сибирском государственном медицинском университете по адресу: 634050, г. Томск, ул. Московский тракт 2/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного медицинского университета по адресу: г. Томск, пр. Ленина, 107

Автореферат разослан « 8 » февраля 2004 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 208.096.04 доктор химических наук, профессор

М.С. Юсубов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Усиление антропогенной нагрузки на окружающую среду в большинстве регионов делает проблему экологической чистоты лекарственного растительного сырья очень важной. Расположение основных используемых зарослей в зоне хозяйственной деятельности человека увеличивает вероятность загрязнения лекарственных растений гербицидами, радионуклидами, металлорганическими соединениями и др. Необходимость проведения мониторинга лекарственного растительного сырья и лекарственных растений в различных регионах страны становится очевидной. Создание банка данных по элементному составу лекарственных растений позволит разработать нормативы содержания ксенобиотиков, определить районы заготовок, сроки сбора лекарственного растительного сырья и варианты его использования.

В нормативно-технической документации, регламентирующей качество лекарственного растительного сырья, отсутствуют показатели предельно-допустимых концентраций токсических соединений, которые могут накапливать растения, за исключением содержания радионуклидов цезия — 134, - 137, стронция - 90 и остаточных количеств пестицидов (для культивируемых видов).

Оценка загрязнения лекарственного растительного сырья проводится в сопоставлении с ПДК для пищевых продуктов, которые используются в качестве ориентировочных критериев чистоты ЛРС.

В связи с этим, оценка качества лекарственного растительного сырья на современном уровне требует комплексного изучения рассматриваемой проблемы в экологическом, технологическом и фармакогностическом аспектах. Особенно актуален этот вопрос для Кемеровской области.

Цель исследования: изучение элементного состава некоторых лекарственных растений, произрастающих в Кемеровской области с учетом влияния экологических факторов, выявление наиболее благоприятных районов для заготовки и использования лекарственного растительного сырья.

Для реализации поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- Провести аналитический обзор данных литературы, характеризующих экологические аспекты изучения элементного состава лекарственных растений, на основании которых избрать объекты и оптимальные методы исследования;

- Проанализировать экологическую обстановку районов возможной заготовки лекарственного растительного сырья в Кемеровской области и определить качественное и количественное содержание химических элементов в сырье;

- Сравнить элементный состав лекарственных растений, произрастающих в некоторых районах России, оценить влияние антропогенных факторов на содержание в них техногенных элементов и выявить способность лекарственных растений накапливать те или иные элементные ассоциации;

- Изучить содержание отдельных химических элементов в фитопрепаратах из исследуемых видов сырья и определить возможность использования лекарственного растительного сырья для коррекции элементного баланса в комплексной терапии гипо -и авитаминозов;

- Разработать проект рекомендаций по контролю качества лекарственного растительного сырья Кемеровской области.

Научная новизна работы. При проведении эколого-фармакогностических исследований использован метод эмиссионного спектрального анализа, с помощью которого установлен элементный состав 114 образцов почв и 357 образцов растительных видов сырья лекарственных растений (плоды шиповника иглистого, плоды рябины сибирской, трава череды трехраздельной, трава тысячелистника обыкновенного, почки и хвоя сосны обыкновенной). Установлено наличие в них от 18 до 36 химических элементов, содержание которых отличается достаточной вариабельностью.

Выявлено, что изученное лекарственное растительное сырье, кроме известных элементов, таких как Mg, Ca, P, Si, Л1, Fe, Ba, Zn, которые содержат в своем составе практически все растения в разных количествах и соотношениях, в наибольших количествах аккумулируют Mn, Sг, Си, Сг, Sc, Zг которые избирательно поглощают растения.

Установлено, что содержание свинца превышает значение ПДК для чая, овощей и фруктов (СанПиН 2.3.2.560 - 96) в 35% использованных проб, кадмия - в 17% проб, мышьяка - в 13% проб, цинка - в 5% проб.

Установлена нелинейная зависимость между логарифмом средних концентраций элементов в почве и лекарственном растительном сырье и их атомными номерами и относительной электроотрицательностью; логарифмами индексов аккумуляции (А) элементов лекарственных растений и их атомными номерами и относительной электроотрицательностью.

Графическая зависимость между логарифмами средних концентраций элементов в сырье и почве выявляет элементные ассоциации, концентрация элементов, в которых в растениях линейно зависит от их содержания в почве. В выявленные ассоциации входят марганец, титан, медь, стронций, цирконий и хром.

В результате анализа водных и спиртовых извлечений из лекарственного растительного сырья установлена зависимость перехода химических элементов от природы экстрагента, способа получения и времени настаивания (в водных извлечениях содержание элементов в среднем в 2 раза выше, чем з спиртовых; с увеличением продолжительности приготовления извлечений возрастало содержание элементов). Предложены технологические приемы, позволяющие снизить содержание токсичных элементов в фитопрепаратах.

На основании данных об элементном составе разработаны методические рекомендации по использованию лекарственного растительного сырья, определению ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений, включающие результаты анализа причинно-

следственной связи между накоплением химических элементов в лекарственных растениях и элементным составом почвы, сведения об избирательной способности поглощения элементов изученными видами растений.

Практическая значимость работы. Результаты исследований положены в основу параметров контроля качества лекарственного растительного сырья Кемеровской области. Разработаны и внедрены:

- методические рекомендации по определению ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений в регионах с высокой антропогенной нагрузкой, результаты определения элементного состава лекарственных растений, критерии заготовки экологически чистого лекарственного растительного сырья, заготавливаемого на территории Кемеровской области (акт внедрения № 2068 от 26.09.03. Департамента охраны здоровья населения Кемеровской области; акт внедрения № 1083-э от 20.10.03. Департамента рационального природопользования и природоохранной деятельности Кемеровской области; акт внедрения от 15.10.03 Алтайского государственного медицинского университета; акт внедрения от 10.10.03. Кемеровской государственной медицинской академии; акт внедрения Кемеровского государственного университета от 13.11.03.);

- результаты фармакогностического и экологического исследования фитосырья (учебно-методические рекомендации для студентов по экологии (акт внедрения от 10.12.03 Сибирского государственного медицинского университета) учебно-методическое пособие для преподавателей и студентов фармацевтического факультета «Препараты природных соединений» (акт внедрения от 30.11.03. Алтайского государственного медицинского университета).

На защиту выносятся:

- результаты определения элементного состава лекарственного растительного сырья, собранного в Кемеровской области;

- параметры миграции эссенциальных и токсичных элементов в системе почва - лекарственное растительное сырье - фитопрепарат;

- критерии заготовки экологически чистого лекарственного растительного сырья, заготавливаемого на территории Кемеровской области;

- изучение значимости лекарственного растительного сырья и препаратов из него для коррекции микроэлементного баланса;

- результаты сравнительного анализа элементного состава лекарственных растений, произрастающих в некоторых регионах России;

- методические рекомендации по контролю качества и использованию лекарственного растительного сырья, собранного в экологически неблагоприятных районах Кемеровской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции-семинаре «Проблемы медицины и биологии» (Кемерово, 1998); научно-практической конференции, посвященной XX - летию фармацевтического факультета КГМА «Фармацевтическая наука и практика» (Кемерову, 2000); научно-практической конференции «Социум, экология и здоровье. Поиски и решения на пороге XXI века» (Новокузнецк, 2000); IV городской научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды «Экология города с развитой химической промышленностью» (Кемерово, 2000); научно-практической конференции «Медико-биологические проблемы» (Кемерово-Москва, 2000); на 1-м Всероссийском форуме «III тысячелетие. Пути к здоровью нации» (Москва, 2001); научно-практическом семинаре «Зоны экологического бедствия: пути

выхода из чрезвычайной экологической ситуации» (Кемерово, 2002); опубликованы в научно-практическом медицинском журнале «Мать и дитя в Кузбассе» (Кемерово, 2001).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 9 печатных работ, издано учебно-методическое пособие «Препараты природных соединений».

Связь задач исследования с проблемным планом развития фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно исследовательских работ Кемеровской государственной медицинской академии (№ госрегистрации 01.2.00 314693), региональной программой «Здоровье человека в Сибири», тематикой научных исследований Межведомственного Совета по фармации № 47 АМН РФ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 35 рисунков, 4 диаграммы, 2 карты. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 210 источников, из них 30 - на иностранных языках, приложения.

Во введении сформулирована актуальность, цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературы по теме диссертации, включающий проблемы загрязнения лекарственного растительного сырья, оценки качества и перспективы использования фитосырья, собранного в экологически неблагоприятных зонах, анализ экологической обстановки в Кемеровской области, обсуждается необходимость нормирования содержания элементов в лекарственном растительном сырье.

Во второй главе обоснован выбор объектов исследования, описаны методики и методы анализа, использованные при выполнении работы.

В третьей главе изложены материалы экспериментальных исследований содержания химических элементов в лекарственном

растительном сырье, заготавливаемом в Кемеровской области, изучение влияния почвы на формирование элементного состава, миграции

эссенциальных и токсичных элементов из исходного сырья в фитопрепараты.

Дан сравнительный элементный анализ лекарственного растительного сырья, собранного в ряде регионов России.

В четвертой главе представлены расчеты ориентировочно допустимых концентраций некоторых химических элементов в лекарственном растительном сырье, приводятся основные принципы прогнозирования и моделирования распространения токсичных элементов в Кемеровской области.

В приложении представлены материалы, подтверждающие практическую значимость проведенных исследований.

Содержание работы

Объекты и методы исследования. Основные объекты исследования

- плоды шиповника иглистого, плоды рябины сибирской, трава тысячелистника обыкновенного, трава череды трехраздельной, почки и хвоя сосны обыкновенной.

Сбор образцов лекарственного растительного сырья и почв проводили на территории Кемеровской области, соблюдая правила и сроки заготовки, во время ресурсоведческих экспедиций. Пробы брали на расстоянии 2 - 25 км и более от предприятий различного профиля и населенных пунктов. Визуальных признаков токсического влияния на растения избыточных количеств элементов Б почве и атмосфере отмечено не было. Сушку осуществляли в соответствии с НТД. Определение элементов проводили с помощью метода многоэлементного («обзорного») анализа - эмиссионной спектроскопии. Качественный состав и количественное содержание элементов определяли на базе нескольких независимых аккредитованных специализированных лабораторий (Запсибгеология, Кемеровская областная судмедэкспертиза) с помощью отечественных спектрографов ИСП - 30, ДФС

- 8 - 1 , ДФС - 452 и Peg S - 2 (Германия). Фотометрирование спектрограмм

проводили на спектропроекторе ДСП - 1, элементы определяли с помощью атласа спектральных линий и спектров-стандартов квалификации «спектральные чистые», «Merck» и «Исари». Анализ фитопрепаратов проводили с использованием метода инверсионной вольтамперометрии.

Таким образом, было проанализировано 114 образцов почв и 357 образцов лекарственных растений, 54 извлечения из ЛРС.

Статистическую обработку* экспериментальных данных проводили общепринятым методом с определением средней арифметической и ошибки средней арифметической. Достоверность результатов оценивали по t -критерию Стьюдента. Кроме того, использовали пакет статистических программ «Statistica for Windows 7,0».

Основные результаты исследования Содержание химических элементов в системе: почва — ЛРС - фитопрепарат На первом этапе исследований изучены материалы Департамента природопользования и природоохранной деятельности Кемеровской области, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МНР России по Кемеровской области, касающиеся причин и источников основных загрязняющих веществ воздуха, воды и почвы Кузбасского региона. При проведении исследований нами определены следующие группы элементов: элементы - источники загрязнения природных экосистем в результате влияния автотранспорта -

элементы. входящие в состав угольной пыли — Li, Be, Mg, At, Si, Ca, S, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Си, Zn, Ga, Ge, As, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, V, Sn, Ba, La, W, Pb, Yb; элементы, содержащиеся в почве в результате аэрогенного загрязнения -Mg, Р, Со, Ni, Си, Zn, As, Mo, Ag, Cd, Cr, Ba, W, Pb, Bi.

Кроме того, учитывались основные биологические свойства элементов (важнейшие - Fe, Ca, Co, Mg, Мл, Cu, Mo, P, Cr, Zn; условно - важные - В, V,

токсичные - потенциально - токсичные -

Y, Sn, Ag, Sr, Ti, Zr).

Формирование элементного состава лекарственных растений происходит при воздействии различных факторов, из которых наиболее существенный - состав почвы.

Нами проведен анализ почвенных образцов из мест сбора лекарственных растений. Полученные результаты отличаются значительной вариабельностью элементного состава. Исследуемые образцы почв в наибольших количествах содержат алюминий, железо, кремний, титан, фосфор, магний, цинк, марганец, медь, хром, свинец, стронций, никель.

При исследовании элементного состава лекарственных растений выявлено от 18 до 36 элементов.

Нами установлено, что изученные виды лекарственного растительного сырья, кроме известных элементов которые

накапливают практически все растения в разных количествах и соотношениях, отличаются повышенным содержанием следующих элементов (мг/кг):

- плоды рябины - Мп (27,55), И (14,22), В1 (8,16), Зг (7,39), Ъх (4,22);

- плоды шиповника - Мп (36,25), Бг (12,28), "Л (5,97), А» (5,41), В1 (4,80) ;

- трава тысячелистника — Мп (51,19), П (46,02), Бг (17,49), 8с (6,16), Ът (5,97);

- трава череды—Л (130,62), Бг (21,35), Ът (10,73);

- почки сосны - И (33,00), Мп (13.00), Ъа. (2,40);

- хвоя сосны - Бг (9,09), М (6,06), Аз (3,03), 2т (3,03), Си (3,03)

Наши исследования подтверждают данные литературы о накоплении марганца, титана, стронция, циркония витаминосодержащими растениями (плоды рябины, плоды шиповника, трава череды).

Большое значение при изучении лекарственных растений в токсикологическом и экологическом аспектах имеют результаты определения токсичных элементов.

Полученные данные позволили установить, что содержание тяжелых металлов варьирует в широком диапазоне концентраций в

мг/кг воздушно-сухого сырья).

Сг (0,14 - 13,90); Мп (1,00 - 303,00); Бе (10,92 - 1815,23); Со (0,03 -6,95); N1 (0,02 - 18,04); Си (1,20 - 61,10); 2п (0,24 - 57,05); 8г (0,73 - 45,27); Са (0,18 - 1,42); РЬ (0,04 - 11,12).

Результаты определения (х ср.) представлены в виде элементных профилей (рис. 1)

В силу отсутствия предельно-допустимых концентраций (ПДК) токсичных элементов для лекарственного растительного сырья, в качестве ориентировочного критерия экологической чистоты использованы ПДК для чая, овощей и фруктов, принятые в России (Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. СанПиН 2. 3. 2. 560 - 96). Обнаружено, что содержание РЬ превышает значение ПДК в 35% использованных проб, Cd - в 17% проб, As - в 13% проб, Zn - в 5% проб.

Для установления влияния некоторых химических характеристик на способность элемента к поглощению и накоплению в каждом из изучаемых видов сырья, были построены трафики, анализ которых выявил нелинейный характер связей содержания элементов с их атомными номерами и относительной электроотрицательностью. Следовательно, на формирование элементного состава лекарственного растительного сырья влияют не только минеральный состав почвы, атмосферы и воды (геохимические и антропогенные факторы), но и генетические, в частности видовая принадлежность растений, однако возможность других форм связи не отвергается.

Изучение миграции элементов из почвы в лекарственные растения проводилось графическим путем. Исследовалась связь между логарифмами средних концентраций элементов в растительных образцах и почве, собранной из зоны корневой системы, логарифмами средних значений индексов аккумуляции и почвой. Графики зависимости между логарифмами концентраций элементов в фитосырье и почве выявляют определенные ассоциации, содержание элементов, в которых в различных частях растений, линейно зависит от их содержания в почве.

Так, при изучении травы тысячелистника обыкновенного выявлены такие элементные ассоциации: Mn, Си, Oг, Т^ Sг, Zг;

- травы череды трехраздельной — Ag, Be, Cd, Си, Sг, Pb, Со, Mn;

- плодов шиповника иглистого — Со, Си, Мп, Сг, В;

- плодов рябины сибирской - Со, Zn, Си, Мп, Si, В;

- почек и хвои сосны обыкновенной - Си, Мп, Со.

В полученные ассоциации входят элементы, стимулирующие накопление витамина К, каротиноидов и аскорбиновой кислоты, что согласуется с литературными данными.

Возможно, эти элементы способны образовывать прочные элементорганические комплексы, подвижные, доступные для растений формы, принимая значительное участие з жизнедеятельности растений.

Выявлены элемент, которые несмотря на содержание в почве, лекарственными растениями не накапливаются или предел их обнаружения очень низкий. Так, в траве череды не содержится лития, в плодах шиповника — скандия и лантана, в траве тысячелистника и череды — германия, висмута и мышьяка.

Таким образом, изучение влияния почвы на элементный состав лекарственных растений (тысячелистник обыкновенный, череда трехраздельная, рябина обыкновенная, шиповник иглистый, сосна обыкновенная) в экологически неблагоприятных районах показало, что геохимические факторы среды существенно влияют на накопление химических элементов: на почвах с повышенным содержанием элементов ими обогащаются лекарственные растения.

Изучение миграции отдельных элементов из исходного сырья в фитопрепараты

Исследования проводили на образцах лекарственного растительною сырья, собранных в течение лета - осени 1999 - 2002гг. в типичных для изучаемых видов местах произрастания.

Водные и спиртовые извлечения готовили с учетом гистологической структуры согласно требованиям ГФ XI издания.

Количественный анализ содержания отдельных элементов в пробах лекарственного растительного сырья и извлечений из них проводили методом инверсионной вольтамперометрии. Данные об извлечении элементов и их

содержании в исследуемых образцах приведены в таблице 1. На основании анализа таблицы можно отметить, что в исследованных водных и спиртовых извлечениях диапазон содержания химических элементов составляет (мг/мл) от 0,02 до 4,23 (в водных извлечениях); от 0,01 до 1,71 (в спиртовых извлечениях). Концентрация элементов в спиртовых извлечениях в среднем в 2 раза меньше, чем в настоях и отварах.

Нами отмечено превышение ПДК для соков и напитков у кадмия в водных извлечениях из травы тысячелистника обыкновенного в 1,7 раза и плодов рябины сибирской в 2,3 раза. Содержанке свинца в плодах рябины превышает ПДК для овощей и фруктов в 6,4 раза.

В целом содержание химических элементов в водных извлечениях уменьшается в ряду: Бе > Мп > 2п > Си > Сг > РЬ > Сё > N1. Значительно преобладают железо и марганец, но более высокое содержание в извлечениях отражает уровень содержания этих элементов в сырье. В спиртовых извлечениях единой картины не наблюдается.

На основании полученных данных рассчитали коэффициент извлечения, который показывает степень перехода элементов из лекарственного растительного сырья в водные и спиртовые извлечения в процентах. Для изученных элементов коэффициент извлечения различен и варьирует от 0,14 % до 67 %.

Полученные данные позволяют отнести такие элементы, как Бе, Сг к малоподвижным, коэффициент извлечения составляет 0,14 % - 21,95 %. Наибольшей подвижностью обладают 2п, N1, несмотря на сравнительно невысокое содержание в исходном сырье. Значительная степень извлечения возможно связана с достаточно легким поглощением этих элементов растениями. Таким образом, степень перехода химических элементов в извлечения зависит от подвижности элемента, форм связи, уровня содержания в исходном сырье и вида экстрагента.

Таблица 1

Содержание микроэлементов в лекарственном сырье и в извлечениях из него

Объекты исследования содержание элементов (мг/кг)

Сг Мп Ре N1 Си С(1 РЬ

Трава тысячелистника обыкновенного 0,14 1,01 23,23 0,05 1,35 0,09 0,22 0,10

Водное извлечение 0,02 0,18 0,27 0,03 0,02 0,06 0,05 0,06

Спиртовое извлечение 0,01 0,07 0,111 0,02 0,01 0,04 0,01 0,03

Трава череды трехразделыюй 0,15 27,01 55,28 0,18 7,22 1,28 0,19 0,27

Водное извлечение 0,02 0,61 0,82 0,02 0,03 0,11 0,02 0,03

Спиртовое извлечение 0,01 0,24 0,31 0,01 0,01 0,07 0,01 0,01

Плоды рябины сибирской 0,22 5,51 56,93 1,08 1,27 3,59 0,31 2,57

Водное извлечение 0,03 0,89 1,26 0,03 0,31 0,34 0,07 0,15

Спиртовое извлечение 0,01 0,18 1,01 0,02 0,11 0,18 0,02 0,03

Плоды шиповника иглистого 0,41 46,27 102,37 1,01 3,90 3,47 1,61 0,23

Водное извлечение 0,09 3,27 4,23 0,01 1,06 2,04 0,02 0,03

Спиртовое извлечение 0,03 1,40 1,71 - 0,29 0,47 0,01 0,01

Почки сосны - 13,03 91,71 5,49 1,13 10,45 - 1,28

Водное извлечение - 1,07 1,28 0,15 0,33 1,07 - 0,17

Спиртовое извлечение - 0,03 0,70 0,05 0,07 0,08 - 0,04

ПДК для чая (мг/кг) - - - - 100,0 - 1,0 10,0

ПДК для фруктов (мг/кг) - - - 5,0 10,0 0,03 0,4

ПДК для напитков (мг/мл) (СанПиН 2.3.2.560 - 96) - - - - 3,0 10,0 0,03 0,3

Учитывая рекомендуемые разовые и суточные дозы применения фитопрепаратов, суточную потребность в элементах, мы рассчитали возможное поступление химических элементов в организм человека. Уровень поступления исследованных элементов не превышает предельно допустимых концентраций для соков и напитков, принятых Объединенной Комиссией ФАО и ВОЗ по пищевому кодексу и позволяет рассматривать вопрос о возможности коррекции нарушения элементного баланса с применением фитопрепаратов.

Сравнительный анализ содержания химических элементов в лекарственном растительном сырье Кемеровской области и ряде регионов России Региональный характер исследования проблемы загрязнения лекарственного растительного сырья обусловлен различиями в природно-климатических и экологических условиях территорий, где осуществляются заготовки ЛРС.

Нами проведен сравнительный анализ содержания элементов в лекарственном растительном сырье из некоторых областей Российской Федерации. Учитывая, что число определяемых элементов широко варьирует (от 5 до 36), мы сочли возможным провести сопоставление по 12 элементам. Подобное сравнение правомерно, так как все исследования выполнены с использованием одинаковых методик пробоподготовки и современных методов анализа. Сравнительный анализ содержания Си, С^, прцдотивленвтаблице 2.

Результаты определений показывают, что среднее содержание (мг/кг) Сг (3,30), Со (0,74), N1 (3,65), Си (14,41), Сё (0,79), РЬ (2,13) в лекарственном растительном сырье Кемеровской области выше, чем в ЛРС из других регионов.

Таблица 2

Содержание химических элементов в ЛРС ряда регионов России

метрологические характеристики содержание элементов, мг/кг

Сг Мп Бе Со № Си Бг | С<1 Се "8 РЬ

ЛРС, собранное в Кемеровской области (п=357)

Хер. 3,30 38,70 366,19 0,74 3,65 14,41 11,80 20,19 0,79 - - 2,13

X тт 0,08 1,00 10,92 0,03 0,02 0,05 0,24 0,73 0,15 - - 0,04

X шах 75,05 228,00 5106,08 6,95 75,05 88,70 68,08 303,09 1,71 - - 11,12

ЛРС, собранное в Московской области (п=79)*

Хер. - 97,24 180,88 - 2,56 6,52 31,26 - 0,13 - 0,05 0,73

X гтп - 10,51 21,37 - 1,03 1,98 18,48 - 0,002 - 0,003 0,05

X тах - 446.44 692,73 - 8,18 14,53 96,85 - 1,03 - 0,22 38,05

ЛРС, собранное в Алтайском крае (п=150)"

Хер. 0,74 50,56 165,25 0,28 2,19 4,68 14,92 28,25 0,07 2,23 0,02 0,28

X пип 0,01 5,00 11,00 0,01 0,01 1,00 4,90 . 0,05 | 0,001 0,40 0,03 0,05

X тах 3,76 324,60 1399,3 0,96 11,88 10,55 52,90 177,09 | 0,57 4,30 0,73 2,28

ЛРС, собранное в Ярославской области (п=259)"

Хер. 0,51 77,57 436,77 0,27 0,62 5,19 39,01 52,15 0,43 - - 2,06

X тт 0,06 1,6 78,30 0,02 0,27 0,70 4,38 10,6 0,20 - - 0,38

X тах 1,11 202,0 1300,00 3,05 1,12 23,60 124,00 282,0 1,21 - - 17,4

Примечание: п - количество исследованных образцов сырья; прочерк означает, что определения не проводились; * -литературные данные.

Для Бе (436,77), 2п (39,01), 8г (52,15) отмечены более высокие концентрации в сырье, собранном в Ярославской области. Вероятно, это связано с конкретными экологическими условиями и характером антропогенного загрязнения.

Значительно ниже среднее содержание исследуемых элементов в лекарственном растительном сырье, собранном в Алтайском крае и Московской области (за исключением марганца, содержание которого 97,24 мг/кг).

Нами отмечены широкие интервалы варьирования содержания тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье. Так, сырье из Кемеровской области содержит более высокие концентрации Сг (в 6,5 раза), Со (в 2,7 раза), N1 (в 5,9 раза) по сравнению с лекарственным растительным сырьем из Ярославской области; Си (в 3,1 раза), Сё (в 11,3 раза) по сравнению с лекарственным растительным сырьем из Алтайского края.

Сравнительный анализ подтвердил актуальность проблемы загрязнения окружающей среды и лекарственного растительного сырья Кемеровской области и необходимосгь нормирования содержания токсичных элементов.

Выводы

1. Впервые, при проведении эколого-фармакогностических исследований с помощью метода одновременного («обзорного») многоэлементною анализа, определено содержание от 17 до 36 химических элементов в различных образцах почв и 5 видах лекарственных растений, произрастающих на территории Кемеровской области. Экспериментальные данные свидетельствуют о значительных количественных различиях элементного состава лекарственного растительного сырья, обусловленных геохимическими и антропогенными факторами и отражают специфику конкретных мест обитания. Наибольшая изменчивость рассчитана

для марганца (122,4), цинка (103,8) в хвое сосны обыкновенной, мышьяка

(100,6) в плодах шиповника иглистого, хрома (99,3) в траве череды трехраздельной, ванадия (95,5) в траве тысячелистника обыкновенного; наименьшая — для иттербия (1,0) в траве тысячелистника, иттрия (1,2), бериллия (1,2) в траве череды трехраздельной.

2. В результате сравнительной характеристики экологической чистоты лекарственного растительного сырья выявлено, что наибольшее количество элементов (30 - 36) содержится в пробах, собранных в Кемеровском, Новокузнецком, Междуреченском, Прокопьевском районах. Выявлено повышенное содержание кадмия, свинца, мышьяка в анализируемых образцах от 5 до 35 % случаев. Минимальное количество химических элементов (21 - 23) установлено в сырье, собранном в Ижморском и Тяжинском районах.

3. Установлено, что среди исследованного лекарственного растительного сырья, наибольшие концентрации свинца характерны для травы череды трехраздельной (11,12 мг/кг), мышьяка - плодов шиповника иглистого (15,09 мг/кг), кадмия - плодов рябины обыкновенной (1,42 мг/кг). Установленные значения превышают предельно - допустимые концентрации элементов для чая, овощей и фруктов, рекомендуемых в качестве ориентировочных критериев чистоты ЛРС.

4. В результате анализа установлено, что для лекарственного растительного сырья, собранного в Кемеровской области, отмечены максимальные уровни содержания, большинства элементов: хром (3,30мг/кг), кобальт (0,74 мг/кг), никель (3,65 мг/кг), медь (14,4 мг/кг), кадмий (0,70 мг/кг), свинец (2,13 мг/кг) по сравнению с лекарственным растительным сырьем, заготавливаемом в Алтайском крае, Ярославской и Московской областях. Значение повышенных концентраций элементов в лекарственном растительном сырье Кемеровской области подтверждает

актуальность проблемы загрязнения лекарственных растений и требует нового уровня планирования и заготовок ЛРС в Кузбасском регионе.

5. Изучены данные о миграции отдельных химических элементов из растительного сырья в фитопрепараты. Установлено, что содержание химических элементов в спиртовых извлечениях в среднем в 2 раза меньше, чем в настоях и отварах. Отмечено превышение ПДК для соков и напитков у кадмия в водных извлечениях из травы тысячелистника обыкновенного в 1,7 раза. Оценена доля элементов (до 26,5%) от суточной потребности в них и рассмотрена значимость фитопрепаратов как источника микроэлементов.

6. На основании экспериментальных исследований разработаны методические рекомендации по определению ресурсно - сырьевого потенциала лекарственных растений, заключающиеся в выявлении зарослей исследуемых видов, изучении элементного состава образцов лекарственного растительного сырья, собранных в местах массового произрастания, с учетом разработанных параметров контроля качества, определении районов с повышенным количественным содержанием токсичных химических элементов (неблагоприятных для сбора) и экологически благополучных (рекомендуемых для заготовок) с последующим определениехМ запасов лекарственного растительного сырья на их территории.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Исследование влияния экологических факторов на элементный состав левзеи сафлоровидной / А.И. Попов, Д.Н. Шпанько, И.Г. Танцерева и др. // Проблемы медицины и биологии: Тез. докл. Международной науч.-практ. конф. - семинара. - Кемерово, 1998 .- С. 271 - 272.

2. К вопросу о законодательном нормировании ксенобиотиков в лекарственном растительном сырье / Д.С. Носов, О.Н. Головенских, И.Г. Танцерева и др. // Медико-биологические проблемы: Сб. науч. работ.- Кемерово - Москва, 2000. - Вып. 7.- С. 77 - 78.

3. Микроэлементный состав рябины сибирской и препаратов из нее / А.И. Попов, И.Г. Танцерева, Ю.Г. Чистохин // Социум, экология и здоровье. Поиски и решения на пороге XXI века: Сб. ст. науч.-практ. конф. -Новокузнецк, 2000.- С. 134-139.

4. Эколого-технологическое изучение рябины сибирской, произрастающей в пригородной зоне г. Кемерово / А.И. Попов, Ю.Г. Чистохин, И.Г. Танцерева и др. // Экология города с развитой химической промышленностью: Тез. докл. ТУ городской науч.-практ. конф., посвящ. Всемирному дню охраны окружающей среды.-Кемерово, 2000.- С. 65 - 67.

5. Элементный состав соцветий и плодов рябины сибирской, произрастающей в Кемеровской области / А.И. Попов. И.Г. Танцерева, О.Н. Головенских и др. // Медико-биологические проблемы: Сб. науч. работ.- Кемерово - Москва, 2000.- Вып. 7.- С. 79 - 80.

6. Вольтамперометрия - один из методов определения тяжелых металлов в объектах / Ю.Г. Чистохин, П.Д. Халфина, И.Г. Танцерева // Фармацевтическая наука и практика: Тез. докл. науч.-практ. конф., посвящ. XX -летию фарм. ф-та КГМА.- Кемерово, 2000.- С. 160 - 162.

7. Элементный состав лекарственных растений Кузбасса, содержащих аскорбиновую кислоту / А.И. Попов, Д.С. Носов, И.Г. Танцерева // Материалы 1-го Всероссийского форума «III тысячелетие. Пути к здоровью нации». - М, 2001. - С.45.

8. Элементный состав витаминосодержащего сырья, фитопрепаратов из него и перспективы использования в детской практике / А.И. Попов, И.Г. Танцерева // Мать и дитя в Кузбассе.- Кемерово, 2001. - №2. - С. 18-20.

9. Лекарственные растения, содержащие витамины, как фактор оздоровления / А.И. Попов, И.Г. Танцерева // Зоны экологического бедствия: пути выхода из чрезвычайной экологической ситуации: Сб. докл. науч.-практ. семинара.- Кемерово, 2002.- С. 52 - 57.

€.3204

Отпечатано редакционно-издательским о щелом Кемеровской государственной медицинской академии

650029, Кемерове ^ [ и с а н о в печать 04.02.2004

Ворошилова . 2 2 а . • т у р а тайме. Тираж 100 экз.

~ тм %

> у а с ц — I

Тел./факс + 7 ( 3 8 4 2 ) . • тм *

ерёвкегайта, тх>

* • *» *

Отпечатано с готового оригинал-макета Лицензия ЛР №21244 от 22.09.97

Актуальность темы. Усиление антропогенной нагрузки на окружающую среду в большинстве регионов России делает проблему экологической чистоты лекарственного растительного сырья очень важной [4, 6, 7, 8, 31, 40, 41, 62, 75, 78, 80, 93, 102, 146-148, 156]. Расположение основных используемых зарослей в зоне хозяйственной деятельности человека значительно увеличивает вероятность загрязнения лекарственных растений гербицидами, радионуклидами, металлорганическими соединениями и др. [3, 18, 36, 43, 47, 75, 102, 156]. Необходимость проведения мониторинга лекарственного растительного сырья и лекарственных растений в различных регионах страны становится очевидной [18, 37, 58, 112, 174]. Создание банка данных по элементному составу лекарственных растений позволит разработать нормативы содержания ксенобиотиков, определить районы заготовок, сроки сбора лекарственного растительного сырья и варианты его использования.

В нормативно-технической документации, регламентирующей качество лекарственного растительного сырья, отсутствуют показатели предельно-допустимых концентраций токсических соединений, которые могут накапливать растения, за исключением содержания радионуклидов цезия -137, стронция — 90 и остаточных количеств пестицидов для культивируемых видов [26].

Оценка загрязнения лекарственного растительного сырья проводится в сопоставлении с ПДК для пищевых продуктов, которые используются в качестве ориентировочных критериев чистоты JIPC.

В связи с этим, оценка качества лекарственного растительного сырья на современном уровне требует комплексного изучения рассматриваемой проблемы в экологическом, технологическом и фармакогностическом аспектах. Особенно актуален этот вопрос для Кемеровской области [112, 124, 125-127, 165, 166,174- 176, 178].

Цель исследования: изучение элементного состава некоторых лекарственных растений, произрастающих в Кемеровской области с учетом влияния экологических факторов, выявление наиболее благоприятных районов для заготовки и использования лекарственного растительного сырья.

Для реализации поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

- Провести аналитический обзор данных литературы, характеризующих экологические аспекты изучения элементного состава лекарственных растений, на основании которых избрать объекты и оптимальные методы исследования;

- Проанализировать экологическую обстановку районов возможной заготовки лекарственного растительного сырья в Кемеровской области и определить качественное и количественное содержание химических элементов в сырье;

- Сравнить элементный состав лекарственных растений, произрастающих в некоторых районах России, оценить влияние антропогенных факторов на содержание в них техногенных элементов и выявить способность лекарственных растений накапливать те или иные элементные ассоциации;

- Изучить содержание отдельных химических элементов в фитопрепаратах из исследуемых видов сырья и определить возможность использования лекарственного растительного сырья для коррекции элементного баланса в комплексной терапии гипо - и авитаминозов;

- Разработать проект рекомендаций по контролю качества лекарственного растительного сырья Кемеровской области.

Научная новизна работы. При проведении эколого-фармакогностических исследований использован метод эмиссионного спектрального анализа, с помощью которого установлен элементный состав 114 образцов почв и 357 образцов растительных видов сырья лекарственных растений (плоды шиповника иглистого, плоды рябины сибирской, трава череды трехраздельной, трава тысячелистника обыкновенного, почки и хвоя сосны обыкновенной). Впервые установлено наличие в них от 18 до 36 химических элементов, содержание которых отличается достаточной вариабельностью.

Выявлено, что изученное лекарственное растительное сырье, кроме известных элементов, таких как Mg, Са, Р, Si, Al, Fe, Ва, Zn, которые содержат в своем составе практически все растения в разных количествах и соотношениях, в наибольших количествах аккумулируют Mn, Си, Ti, Cr, Sr, Sc, Zr, которые избирательно поглощают растения.

Установлено, что содержание свинца превышает значения ПДК для чая, овощей и фруктов (СанПиН 2. 3. 2. 560. - 96) в 35 % использованных проб, кадмия - в 17% проб, мышьяка - в 13% проб, цинка — в 5% проб.

Установлена нелинейная зависимость между логарифмами средних концентраций элементов в почве, лекарственном растительном сырье и их атомными номерами и относительной электроотрицательностью; логарифмами индексов аккумуляции (А) элементов лекарственных растений и их атомными номерами и относительной электроотрицательностью.

Графическая зависимость между логарифмами средних концентраций элементов в лекарственном растительном сырье и почве выявляет элементные ассоциации, концентрация элементов, которых в растениях линейно зависит от их содержания в почве. В выявленные ассоциации входят марганец, медь, титан, стронций, цирконий и хром.

Установлена зависимость перехода химических элементов от природы экстрагента, способа получения и времени настаивания (в водных извлечениях содержание элементов в среднем в 2 раза выше, чем в спиртовых; с увеличением продолжительности приготовления извлечений возрастало содержание элементов). Предложены технологические приемы, позволяющие снизить содержание токсичных элементов в фитопрепаратах.

На основании данных об элементном составе разработаны методические подходы по использованию лекарственного растительного сырья, определению ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений, включающие результаты анализа причинно-следственной связи между накоплением химических элементов в лекарственных растениях и элементным составом почвы, сведения об избирательной способности поглощения элементов изученными видами растений.

Практическая значимость работы. Результаты исследований положены в основу параметров контроля качества растительного сырья. Разработаны и внедрены:

- методические рекомендации по определению ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений в регионах с высокой антропогенной нагрузкой, результаты определения элементного состава лекарственных растений, критерии заготовки экологически чистого лекарственного растительного сырья, заготавливаемого на территории Кемеровской области (акт внедрения № 2068 от 26.09.03 Департамента охраны здоровья населения Кемеровской области, акт внедрения № 1083-э от 20.10.03 Департамента рационального природопользования и природоохранной деятельности Кемеровской области, акт внедрения от 15.10.03 Алтайского государственного медицинского университета, акт внедрения от 10.10.03 Кемеровской государственной медицинской академии, акт внедрения от 13.11.03 Кемеровского государственного университета);

- результаты фармакогностического и экологического исследования фитосырья (учебно-методические рекомендации для студентов по экологии (акт внедрения от 10.12.03 Сибирского государственного медицинского университета); учебно-методическое пособие для преподавателей и студентов фармацевтического факультета «Препараты природных соединений» (акт внедрения от 30.11.03 Алтайского государственного медицинского университета).

На защиту выносятся:

- параметры миграции эссенциальных и токсичных элементов в системе почва — лекарственное растительное сырье - фитопрепарат;

- критерии заготовки экологически чистого лекарственного растительного сырья, заготавливаемого на территории Кемеровской области;

- изучение значимости лекарственного растительного сырья и препаратов из него для коррекции микроэлементного баланса;

- результаты сравнительного анализа элементного состава лекарственных растений, произрастающих в некоторых регионах России;

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции-семинаре «Проблемы медицины и биологии» (Кемерово, 1998); научно-практической конференции, посвященной XX - летию фармацевтического факультета КГМА «Фармацевтическая наука и практика» (Кемерово, 2000); научно-практической конференции «Социум, экология и здоровье. Поиски и решения на пороге XXI века» (Новокузнецк, 2000); IV городской научно-практической конференции, посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды «Экология города с развитой химической промышленностью» (Кемерово, 2000); научно-практической конференции «Медико-биологические проблемы» (Кемерово - Москва, 2000); на 1-м Всероссийском форуме «III тысячелетие. Пути к здоровью нации» (Москва, 2001); научно-практическом семинаре «Зоны экологического бедствия: пути выхода из чрезвычайной экологической ситуации» (Кемерово, 2002); опубликованы в научно-практическом медицинском журнале «Мать и дитя в Кузбассе» (Кемерово, 2001).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 9 печатных работ, издано учебно-методическое пособие «Препараты природных соединений».

Связь задач исследования с проблемным планом развития фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Кемеровской государственной медицинской академии (№ госрегистрации 01.2.00 314693), региональной программой «Здоровье человека в Сибири», тематикой научных исследований Межведомственного Совета по фармации № 47 АМН РФ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 35 рисунков, 4 диаграммы и 2 карты. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 210 источников, из них 30 - на иностранных языках, приложения.

1 .Впервые, при проведении эколого-фармакогностических исследований с помощью метода одновременного («обзорного») многоэлементного анализа, определено содержание от 17 до 36 химических элементов в различных образцах почв и 5 видах лекарственных растений, произрастающих на территории Кемеровской области (тысячелистник обыкновенный, рябина сибирская, шиповник иглистый, череда трехраздельная, сосна обыкновенная).Экспериментальные данные свидетельствуют о значительных количественных различиях элементного состава лекарственного растительного сырья, обусловленных геохимическими и антропогенными факторами и отражают специфику конкретных мест обитания. Наибольшая изменчивость рассчитана для марганца (122,4), цинка (103,8) в хвое сосны обыкновенной, мышьяка (100,6) в плодах шиповника иглистого, хрома (99,3) в траве череды трехраздельной, ванадия (95,5) в траве тысячелистника обыкновенного; наименьшая - для иттербия (1,0) в траве тысячелистника, иттрия (1,2), бериллия (1,2) в траве череды трехраздельной.2.В результате сравнительной характеристики экологической чистоты лекарственного растительного сырья выявлено, что наибольшее количество элементов (30-36) содержится в пробах, собранных в Кемеровском, Новокузнецком, Междуреченском, Прокопьевском районах. Выявлено повышенное содержание кадмия, свинца, мышьяка в анализируемых образцах от 5 до 35 % случаев. Минимальное содержание химических элементов (21-23) установлено в сырье, собранном в Ижморском и Тяжинском районах.3.Установлено, что среди исследованного лекарственного растительного сырья наибольшие концентрации свинца характерны для травы череды трехраздельной (11,12), мышьяка - плодов шиповника иглистого (15,09), кадмия — плодов рябины обыкновенной (1,42). Установленные значения превышают предельно - допустимые концентрации элементов для чая, овощей и фруктов, рекомендуемых в качестве ориентировочных критериев чистоты.4.B результате анализа установлено, что для лекарственного растительного сырья, собранного в Кемеровской области, отмечены максимальные уровни содержания большинства элементов: хром (3,30мг/кг), кобальт (0,74 мг/кг), никель (3,65 мг/кг), медь (14,4 мг/кг), кадмий (0,70 мг/кг), свинец (2,13 мг/кг) по сравнению с лекарственным растительным сырьем, заготавливаемом в Алтайском крае, Ярославской и Московской областях.Значение повышенных концентраций элементов в лекарственном растительном сырье Кемеровской области подтверждает актуальность проблемы загрязнения лекарственных растений и требует нового уровня планирования и заготовок ЛРС в Кузбасском регионе.5.Изучены данные о миграции отдельных химических элементов из растительного сырья в фитопрепараты. Выявлено, что элементный состав зависел от вида и размера частиц сырья, природы экстрагента, времени настаивания и способа получения извлечения. Установлено, что содержание химических элементов в спиртовых извлечениях в среднем в 2 раза меньше, чем в настоях и отварах. Отмечено превышение ПДК для соков и напитков у кадмия в водных извлечениях из травы тысячелистника обыкновенного в 1,7 раза. Оценена доля элементов (до 26,5%) от суточной потребности в них и рассмотрена значимость фитопрепаратов как источника микроэлементов.б.На основании экспериментальных исследований разработаны методические рекомендации по определению ресурсно — сырьевого потенциала лекарственных растений, заключающиеся в выявлении зарослей исследуемых видов, изучении элементного состава образцов лекарственного растительного сырья, собранных в местах массового произрастания, с учетом разработанных параметров контроля качества, определении районов с повышенным количественным содержанием токсичных элементов (неблагоприятных для

сбора) и экологически благополучных (рекомендуемых для заготовок) с последующим определением запасов лекарственного растительного сырья на их территории.Внедрение результатов в практику Практическая ценность научного исследования подтверждается внедрением результатов и предложений выполненной работы:

1. По результатам исследования разработаны методические рекомендации «Определение ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений в регионах с высокой антропогенной нагрузкой». Практическое использование предложений, изложенных в методических рекомендациях, подтверждено актами внедрения № 2068 от 26.09.03.Департамента охраны здоровья населения Кемеровской области, № 1083-э от 20.10.03. Департамента рационального природопользования и природоохранной деятельности Кемеровской области.2. Предложения, касающиеся методики определения ресурсно-сырьевого потенциала лекарственных растений используются в учебном процессе Кемеровской государственной медицинской академии (акт внедрения от

10.10.03), Алтайского государственного медицинского университета (акт внедрения от 15.10.03), Кемеровского государственного университета (акт внедрения от 13.11.03.).3. Результаты фармакогностического и экологического исследования фитосырья, положенные в основу учебно-методических рекомендаций для студентов фармацевтического факультета по экологии, используются в учебном процессе кафедры фармакогнозии с курсами ботаники и экологии Сибирского государственного медицинского университета (акт внедрения от 10.12.03.).4. Учебно-методическое пособие для преподавателей и студентов фармацевтического факультета «Препараты природных соединений» используется в преподавании на кафедре фармацевтической технологии Алтайского государственного медицинского университета (акт внедрения от 30.11.03). Копии документов, подтверждающие внедрение включены в