Альфредия поникшая (Alfredia cernua)

Альфредия поникшая Alfredia cernua (L.) Cass. (Asteraceae) является реликтом третичной неморальной флоры и узким эндемиком юга Западной Сибири, Средней Азии (Джунгаро-Тарбагатай) и Северо-Восточного Китая. Альфредия поникшая – многолетнее травянистое растение, произрастающее на высокотравных лугах и в разреженных пихтово-еловых лесах в южной части Западной Сибири и Средней Азии. Растение введено в культуру [1, 2]. Исследования фармакологической активности показали, что водный и водно-этанольные экстракты надземной части растения обладают ноотропными, антидепрессантными, анксиолитическими, антиоксидантными, диуретическими и антигрибковыми свойствами [1, 3–7]. Экстракт надземной части растения на 95% этаноле проявляет выраженную антидепрессантную, ноотропную и анксиолитическую активность [1, 3, 5–7]. Химический состав экстракта растения достаточно изучен. Исследование химического состава экстракта альфредии поникшей показало присутствие простых фенолов, флавоноидов, фенолкарбоновых кислот, кумаринов, тритерпеновых соединений, стеринов, аминокислот и неорганических компонентов [7–11].

Примечательным является выделение из хлороформной фракции экстракта тритерпеновых спиртов (α- и β-амирины, моретенол, лупеол) и бутиролигнана (арктиин). В ней также обнаружены различные представители простых фенолов (м-крезол, бензиловый и конифериловый спирты, ванилин, сиреневый альдегид), органических кислот и их эфиров (бензойная, салициловая и ее этиловый эфир, ванилиновая, галловая, коричная, капроновая, пальмитиновая, линолевая, α-линоленовая, диэтилфталат, моно(2-этилгексил)фталат, диметилсукцинат, диметилазелаинат), ациклические терпеноиды (фитол), моноциклические циклогексановые монотерпеноиды (сильвестрен, дигидроактинидиолид), бициклические терпены (3-карен) [10, 11]. При фракционировании экстракта выявлена концентрация основного количества азотсодержащих соединений (амины, аминокислоты), а также макро- и микроэлементов в водной фракции. Учитывая, что неорганические компоненты могут вносить весомый вклад в фармакологическую активность, целью работы явился качественный и количественный анализ макро-, микроэлементов и ультрамикроэлементов фармакологически активного экстракта надземной части альфредии поникшей.

Авторы: И.В. Шилова, Н.В. Барановская, Р.Н. Мустафин, Н.И. Суслов Научно-исследовательский институт фармакологии и регенеративной медицины имени Е.Д. Гольдберга, ТНИМЦ РАН, пр. Ленина, 3, Томск, 634028 (Россия), Национальный исследовательский Томский политехнический университет, пр. Ленина, 30, Томск, 634050 (Россия)
Шилова Инесса Владимировна – доктор фармацевтических наук, старший научный сотрудник фармацевтической группы лаборатории фитофармакологии и специального питания
Барановская Наталья Владимировна – доктор биологических наук, профессор отделения геологии
Мустафин Рустам Ниязович – кандидат биологических наук, ассистент отделения химической инженерии
Суслов Николай Иннокентьевич – доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией фитофармакологии и специального питания

Экстракт надземной части альфредии поникшей Alfredia cernua (L.) Cass. (Asteraceae) на 95% этаноле проявляет выраженную антидепрессантную, ноотропную и анксиолитическую активности. Целью работы явился качественный и количественный анализ макро-, микроэлементов и ультрамикроэлементов фармакологически активного экстракта надземной части растения. Исследование элементного состава экстракта выполняли после озоления с помощью инструментального нейтронно-активационного анализа с облучением тепловыми нейтронами. В результате исследования определено 26 элементов, из которых восемь являются (условно) эссенциальными, два – макро- и четыре – микроэлементами. Полученные результаты указывают на превалирование в фармакологически активном экстракте альфредии кальция, цинка, натрия, стронция, брома, а также железа, бария, кобальта, хрома и лантана. В экстракте происходит концентрирование специфической группы элементов (цинк, кобальт, торий, гафний, бром, хром, лютеций, лантан, стронций, самарий) в сравнении с исходным сырьем, что может объясняться образованием прочных металлорганических соединений и хелатных комплексов. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы способны оказывать существенное влияние на обменные процессы, нервную, иммунную, эндокринную, сердечно-сосудистую системы, они являются составной частью ферментов, придают другим биологически активным веществам легкоусвояемую форму и потенцируют их эффекты.

Экспериментальная часть
Надземную часть альфредии поникшей Alfredia cernua (L.) Cass. собирали в фазу цветения – начала плодоношения в окрестностях перевала Ябочанский Усть-Канского района Республики Алтай. Высушенное воздушным способом сырье измельчали и просеивали через сито с диаметром отверстий 2–4 мм (влажность 11.6±0.2%). Зола надземной части растения, полученная после сжигания, составляет 10.0±0.1%.
Выраженной психотропной активностью обладает экстракт растения на 95% этаноле. Для его получения измельченную надземную часть растения обрабатывали 95% этанолом трижды на водяной бане с обратным холодильником в течение 30 мин при температуре 80 °С и соотношении сырье-экстрагент 1 : 15. Полученные извлечения объединяли, фильтровали и упаривали в вакууме при температуре не выше 60 °С. Выход экстракта по отношению к растительному сырью составляет 14.8±0.3%. Исследование элементного состава экстракта растения выполняли после озоления образцов в муфельной печи при температуре 500 °С. В основу аналитических исследований элементов положен современный высокочувствительный ядерно-физический метод – инструментальный нейтронно-активационный анализ с облучением тепловыми нейтронами [12–14]. Анализ выполняли по аттестованной методике (НСАМ ВИМС № 410-ЯФ) в аккредитованной ядерно-геохимической лаборатории на исследовательском ядерном реакторе ИРТ-Т Национального исследовательского Томского политехнического университета под руководством с.н.с. Судыко А.Ф. Влияние матричных и других элементов исключается или значительно нивелируется варьированием продолжительности облучения и охлаждения. Навеску золы упаковывали в алюминиевую фольгу и облучали потоком нейтронов при плотности 2.2×1014 нейтр./(см×с) в течение 5 ч. Измерения осуществляли на многоканальном анализаторе импульсов «Canberra» с полупроводниковым германиевым детектором GX3518. Наведенный гамма-спектр исследовали дважды: короткоживущие изотопы определяли через 8–10 дней, долгоживущие – через 22 дня. В анализе использовали стандартный образец состава листа березы (ЛБ-1, ГСО 8923-2007). Относительная погрешность определения составила от 1% до 17%. Достоверность результатов анализа обеспечена удовлетворительным внутренним лабораторным контролем в количестве 5% от общего числа рядовых проб. Коэффициент концентрации элемента в экстракте рассчитывали как отношение содержания элемента в золе экстракта альфредии к таковой надземной части растения. Для обработки результатов, полученных в пяти параллельных измерениях, использовали пакет статистического анализа программу «Statistica 8.0».

Обсуждение результатов
Зола экстракта альфредии на 95% этаноле, полученная после сжигания, составляет 14.6±0.1%. В исследуемом экстракте, применяя нейтронно-активационный анализ, установлено наличие 26 элементов.
Макроэлементы [15, 16] в золе экстракта представлены кальцием и натрием, причем содержание первого в 3.7 раза выше такового другого элемента. Оба элемента являются эссенциальными. В золе экстракта альфредии выявлено наличие шести микроэлементов [15, 16]. Наибольшим содержанием в образце отличается цинк. Примечательным, на наш взгляд, является обнаружение в экстракте альфредии рубидия. Среди выявленных микроэлементов альфредии два являются эссенциальными – цинк и железо, а другие два микроэлемента представляются условно эссенциальными – бром и стронций.

Наибольшим разнообразием выделяется группа ультрамикроэлементов. В золе экстракта альфредии она представлена 18 компонентами [15, 16]. Наибольшим содержанием отмечаются барий, кобальт и хром. Интересным фактом, по нашему мнению, является обнаружение лантана и гафния. При этом выявленные кобальт и хром относят к эссенциальным и условно эссенциальным элементам соответственно.
В целом среди обнаруженных элементов восемь являются эссенциальными или условно эссенциальными. По полученным данным составлен ряд предпочтительного содержания элементов в фармакологически активном экстракте альфредии поникшей:
Ca > Zn > Na > Sr > Br > Fe > Ba > Co > Cr > La > Rb > Th > Hf > As > Sc > Sm > Ce = Ag > U > Cs > Lu > Sb > Yb > Ta > Tb > Eu > Au.

В результате проведенного исследования выявлено, что при обработке надземной части растения 95% этанолом в получаемом экстракте накапливаются кальций, цинк, натрий и стронций в максимальной концентрации. Бром, железо, барий, кобальт и хром – микро- и ультрамикроэле-менты, которые представляют также большую часть зольного остатка фармакологически активного экстракта и, предположительно, характерны для данного вида. Элементы, которые представлены в ряду далее и содержатся в экстракте в меньших концентрациях, вероятно, отражают геохимическую специфику (природную) среды произрастания растения [14]. На уровне предела обнаружения указанным методом в золе экстракта выявлены барий (50 мг/кг), рубидий (5 мг/кг), цезий (0.2 мг/кг), тантал (0.08 мг/кг), иттербий (0.1 мг/кг), тербий (0.05 мг/кг), церий (0.5 мг/кг), европий (0.04 мг/кг), сурьма (0.1 мг/кг), золото (0.004 мг/кг), серебро (0.5 мг/кг), мышьяк (2 мг/кг) и уран (0.4 мг/кг).

Элементная специфика фармакологически активного экстракта альфредии поникшей относительно надземной части растения представлена по коэффициенту концентрации следующим образом: Zn23.8 – Co8.8 – Th5.6 – Hf5.2 – Br2.9 – Cr2.5 – Lu2.1 = La2.1 – Sr2.0 – Sm1.1 – Sc0.61…. Наибольшей концентрацией в экстракте характеризуются первые десять элементов, имеющие значение коэффициента концентрации более 1. Интересным, на наш взгляд, является присутствие в фармакологически активном экстракте альфредии в высокой концентрации цинка, кобальта и, кроме того, тория, гафния, брома, хрома и некоторых редкоземельных элементов (лютеция, лантана и самария). В обогащенном фармакологически активном экстракте [7–9, 11, 17] происходит концентрирование специфической группы элементов в сравнении с исходным сырьем, что может объясняться образованием прочных металлорганических соединений и хелатных комплексов. Таким образом, в золе экстракта альфредии поникшей на 95% этаноле, обладающего антидепрессантным, ноотропным, анксиолитическим эффектами, определено 26 элементов, восемь из которых являются эссенциальными или условно эссенциальными, включая два макро- и четыре микроэлемента. Результаты проведенного исследования указывают на превалирование в фармакологически активном экстракте альфредии кальция, цинка, натрия, стронция, брома, а также железа, бария, кобальта, хрома и лантана. Примечательным является концентрирование специфической группы элементов (цинк, кобальт, торий, гафний, бром, хром, лютеций, лантан, стронций, самарий) в экстракте относительно надземной части растения.
Для человека и животных растения являются одним из основных источников элементов, содержащихся преимущественно в виде комплексных соединений, реже в металлорганической форме, которые способны выполнять роль ключевых интермедиатов в физиологических и биохимических процессах. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы (табл.) могут оказывать существенное влияние на обменные процессы, нервную, иммунную, эндокринную, сердечно-сосудистую системы. Они являются составной частью ферментов, придают другим биологически активным веществам легкоусвояемую форму и потенцируют их эффекты [15, 16, 18]. Мозговая ткань является лидером по способности накаливать микроэлементы. Доказано усиление действия многих нейротропных средств под влиянием микроэлементов [19–26].

Макро-, микро и ультрамикроэлементы и их роль в физиологических, биохимических процессах организма человека:

Кальций участвует в процессах передачи нервных импульсов, обеспечивает равновесие между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга, необходим для функционирования клеточных мембран, работы ядерного аппарата клетки, способствует стабилизации тучных клеток и тормозит высвобождение гистамина, является фактором свертываемости крови, снижает холестерин крови [19–21, 23, 24]

Натрий играет значительную роль в нервной проводимости [15, 18–20, 23]

Цинк оказывает влияние на течение основных нервных процессов коркового возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга. Способствует значительному снижению реакции на стрессор в стадии тревоги, улучшению памяти и лучшему выполнению когнитивных функций, играет важную роль в контролировании эпилептических приступов вследствие регуляции связи между нейронами гиппокампа. Входит в состав фермента супероксиддисмутазы, играющего ключевую роли в антиоксидантной защите клеток и тканей, металлоферментов – оксидоредуктазы, трансферазы, гидроксилазы [16, 19–21, 23]

Кобальт оказывает влияние на течение основных нервных процессов коркового возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга. Является стимулятором эритропоэза и синтеза гемоглобина. Комплекс Co с АТФ оказывает антигипоксическое и нейропротекторное действие при диффузной хронической церебральной ишемии. Нейротропный витамин B12 содержит Co [19–21, 24, 25]

Железо оказывает влияние на течение основных нервных процессов коркового возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга. Входит в состав фермента каталазы, играющего ключевую роль в антиоксидантной защите клеток и тканей. Участвует в процессах кроветворения [16, 19–25]

Бром - ЦНС наиболее чувствительна к ионам Br, которые равномерно накапливаются в различных отделах мозга и способствуют восстановлению нарушенного равновесия между процессами возбуждения и торможения [15, 19, 20, 23]

Рубидий - является синергистом и аналогом K, поэтому активирует пируватфосфокиназу, альдегиддегидрогеназу и другие ферменты; способствует насыщению крови кислородом [15, 16, 18–21]

Хром - усиливает липолитическую активность сыворотки крови и является кофактором инсулина (глюкозный фактор толерантности) в организме [15, 16, 18–23, 25]

Торий - участие в проявлении противоопухолевой активности экстрактов растений [1, 18]

Сурьма - ее соединения токсичны, но она обнаружена в растениях, в организмах животных и человека, причем избирательно концентрируется в печени, селезенке и щитовидной железе. В плазме крови преимущественно накапливается Sb5+, а в эритроцитах − Sb3+ [1, 18]

Лантан - его соединения проявляют церебропротекторное действие при экспериментальной ишемии мозга [18, 26]

Выводы
1. В результате исследования элементного состава экстракта альфредии поникшей Alfredia cernua (L.) Cass. (Asteraceae), обладающего психотропным эффектом, выявлено наличие 26 элементов, восемь из них характеризуются как эссенциальные или условно эссенциальные. Среди обнаруженных компонентов два являются макро-, а четыре микроэлементами.
2. Полученные результаты свидетельствуют о доминировании в фармакологически активном экстракте альфредии кальция, цинка, натрия, стронция, брома, а также железа, бария, кобальта, хрома и лантана.
3. В экстракте происходит концентрирование специфической группы элементов (цинк, кобальт, торий, гафний, бром, хром, лютеций, лантан, стронций, самарий) в сравнении с исходным сырьем, что может объясняться образованием прочных металлорганических соединений и хелатных комплексов, а также рациональными условиями экстракции.
4. Экспериментальные данные указывают на перспективность использования экстракта растения в качестве источника макро-, микро- и ультрамикроэлементов, включая эссенциальные, способных принимать участие в проявлении психотропной активности.

Авторы выражают благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Национального исследовательского Томского политехнического университета Рихванову Л.П. за помощь в организации аналитических исследований и обсуждении полученных результатов.


Список литературы
1. Шилова И.В., Суслов Н.И., Самылина И.А. Химический состав и ноотропная активность растений Сибири. Томск, 2010. 236 с.
2. Амельченко В.П., Шилова И.В., Кувачева Н.В. Особенности развития и компонентный состав Alfredia cernua (Asteraceae) в условиях интродукции (г. Томск) // Растительные ресурсы. 2009. Т. 45, вып. 2. С. 23–31.
3. Патент № 2292214 (РФ). Средство, обладающее антиоксидантной активностью / И.В. Шилова, Е.А. Краснов, Н.В. Кувачева, Т.П. Новожеева / 27.01.2007.
4. Патент № 2347580 (РФ). Средство, обладающее ноотропным действием / И.В. Шилова, Н.И. Суслов, Р.Н. Мустафин, В.А. Хазанов, Н.В. Кувачева / 27.02.2009.
5. Мустафин Р.Н., Шилова И.В., Суслов Н.И. Антидепрессантные и анксиолитические свойства экстракта Alfredia cernua (Asteraceae) // Растительные ресурсы. 2011. Т. 47, вып. 3. С. 130–136.
6. Патент № 2560517 (РФ). Средство, обладающее антигрибковым действием / И.В. Шилова, И.В. Федько / 20.08.2015.
7. Шилова И.В., Самылина И.А., Суслов Н.И. Разработка ноотропных средств на основе растений Сибири. Томск, 2013. 268 с.
8. Шилова И.В. Рациональные подходы к поиску и созданию ноотропных средств растительного происхождения // Вестник РУДН. Серия Медицина. 2007. №6. С. 236–240.
9. Шилова И.В. Химический состав растений Сибири и разработка ноотропных средств на их основе: автореф. дис. … докт. фарм. наук. Пятигорск, 2011. 48 с.
10. Shilova I.V., Semenov A.A., Kuvacheva N.V., Suslov N.I., Mustafin R.N. Isolation, identification, and nootropic activity of compounds in Alfredia cernua chloroform extract // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2012. Vol. 46. N6. Pp. 363–368.
11. Shilova I.V., Kukina T.P., Suslov N.I., Salnikova O.I., Mustafin R.N. Studies of the lipophilic components of a dense extract of the herb Alfredia cernua and its nootropic properties // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2014. Vol. 48. N3. Pp. 181–185.
12. Shilova I.V., Krasnov E.A., Baranovskaya N.V., Pyak A.I., Nekratov N.F. Amino acid and mineral composition of the above-ground part of Atragene speciosa Weinm. // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2002. Vol. 36. N11. Pp. 613–616.
13. Шилова И.В., Краснов Е.А., Барановская Н.В., Пяк А.И., Некратов Н.Ф. Элементный состав надземной части Atragene speciosa Weinm. // Растительные ресурсы. 2002. Т. 38, вып. 4. С. 69–74.
14. Шилова И.В., Барановская Н.В., Суслов Н.И. Элементный состав надземной части Alfredia cernua (Asteraceae) // Растительные ресурсы. 2012. Т. 48, вып. 3. С. 414–420.
15. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М., 1991. 478 с.
16. Anke M. Mengen- und Spurenelemente. Jena, 1998. 1055 p.
17. Кувачева Н.В., Шилова И.В. Стандартизация травы альфредии поникшей // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2011. №5. С. 9–12. 18. Шилова И.В. Фармакологические аспекты изучения химических элементов в растениях // Геохимия живого вещества: материалы Международной молодежной школы-семинара, посвященной 150-летию со дня рождения В.И. Вернадского (1863–2013). Томск, 2013. С. 111–115.
19. Кудрин А.В., Громова О.А. Микроэлементы в неврологии. М., 2006. 304 с.
20. Райцес В.С. Нейрофизиологические основы действия микроэлементов. Л., 1981. 152 с.
21. Jomova K., Vondrakova D., Lawson M., Valko M. Metals, oxidative stress and neurodegenerative disorders // Molecular and Cellular Biochemistry. 2010. Vol. 345. N1–2. Pp. 91–104.
22. Суслов Н.И., Шилова И.В., Афанасьева О.Г. Влияние состава из макро- и микроэлементов на ориентировочно-исследовательское поведение и условно-рефлекторную деятельность животных // Традиционная медицина. 2011. №5. С. 388–393.
23. Afanasieva O.G., Suslov N.I., Shilova I.V. Psychostimulant and nootropic effect of major and trace element composition // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2012. Vol. 154. N2. Pp. 224–227.
24. Krebs N., Langkammer C., Goessler W., Ropelec S., Fazekas F., Yene K., Scheurer E. Assessment of trace elements in human brain using inductively coupled plasma mass spectrometry // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2014. Vol. 28. N1. Pp. 1–7. DOI: 10.1016/j.jtemb.2013.09.006
25. Otmakhov V.I., Kataeva N.G., Kuskova I.S., Petrova E.V., Shilova I.V. Spectral Analysis of Hair to Determine the Elemental Status of Human // Key Engineering Materials: Multifunctional Chemical Materials and Technologies. 2016. Vol. 670. Pp. 207–212. DOI:10.4028/www.scientific.net/KEM.670.207
26. Гуляев С.М. Церебропротекторное действие лантана ацетата при экспериментальной ишемии головного мозга : автореф. дис. … канд. биол. наук. Улан-Удэ, 2004. 21 с.