Исследование элементного состава грудного сбора № 2 и его компонентов

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вследствие антропогенного воздействия (добычи полезных ископаемых, сброса сточных вод, внесения удобрений) может привести к ухудшению экологической обстановки в районах заготовки лекарственного растительного сырья (ЛРС) и накоплению в нем экотоксикантов, что определяет необходимость контроля токсичных соединений в ЛРС и препаратах из него. Накопление тяжелых металлов в почве негативно влияет на ее состав, изменяя рН почвы и соотношение незаменимых/заменимых элементов почвы [1][2]. Превышение предельно допустимого содержания (ПДК) тяжелых металлов в продуктах, в том числе растительном сырье и препаратах на его основе, приводит к тяжелым заболеваниям, связанным с нарушением обмена веществ [3]. Контроль и нормирование содержания тяжелых металлов и мышьяка в ЛРС проводят в соответствии с требованиями Государственной фармакопеи Российской Федерации XV изд. (ГФ РФ XV): свинец — 6,0 мг/кг, кадмий — 1,0 мг/кг, ртуть — 0,1 мг/кг, мышьяк — 0,5 мг/кг¹. Однако даже при отсутствии превышения указанных норм содержания этих четырех элементов присутствие прочих, не нормируемых согласно ГФ РФ XV элементов может представлять потенциальную угрозу для здоровья человека при длительном применении лекарственных растительных препаратов (ЛРП).

Кроме того, сведения об элементном составе растений, используемых в фармацевтической практике, могут быть использованы при составлении диет, а также в комплексной терапии заболеваний, связанных с нарушениями минерального обмена.

При назначении в качестве терапевтического или профилактического средства ЛРП, в том числе многокомпонентные, востребованы благодаря своей эффективности и безопасности. Одним из многокомпонентных ЛРП, представленных на российском фармацевтическом рынке, является грудной сбор № 2 (ГС № 2), содержащий листья мать-и-мачехи (40%), листья подорожника (30%), корни солодки (30%). Фармакопейные статьи на ЛРС каждого из компонентов сбора включены в ГФ РФ XIV. Прием ГС № 2 в виде настоя рекомендован для лечения воспалительных заболеваний дыхательных путей, сопровождающихся кашлем с затрудненным отделением мокроты (в том числе бронхитов и трахеитов)². Было установлено, что при настаивании значительное количество элементных примесей переходит в водную фазу [4][5]. Таким образом, элементный состав целевой лекарственной формы ГС № 2 будет во многом зависеть от элементного состава компонентов этого ЛРП.

Исследования элементного состава ГС № 2 в научной литературе ограничены, однако для отдельных компонентов ГС № 2 такие сведения имеются. Так, в листьях мать-и-мачехи обыкновенной идентифицированы калий (31810–33190 мг/кг) кальций (15800–19010 мг/кг), магний (2110–2210 мг/кг), натрий (567–601 мг/кг), алюминий (636–909 мг/кг), железо (144,10–305,40 мг/кг), стронций (54,00–165,00 мг/кг), марганец (9,00–97,51 мг/кг), цинк (18,00–28,23 мг/кг), медь (1,00–14,57 мг/кг), никель (1,00–48,00 мг/кг), кобальт (0,54 мг/кг), хром (0,60 мг/кг)³ [6][7].

В экстрактах подорожника большого листьев методом пламенной атомно-эмиссионной спектрометрии (АЭС) обнаружены натрий (44700 мг/кг), кальций (13500 мг/кг), калий (10360 мг/кг), магний (6340 мг/кг), железо (100,72–290,00 мг/кг), марганец (6340 мг/кг), цинк (27,37–70,00 мг/кг), медь (7,19 мг/кг), никель (0,03 мг/кг) [8][9].

Минеральный состав корней солодки представлен калием (1470–11230 мг/кг), кальцием (1200–12570 мг/кг), магнием (200,00–4735,10 мг/кг), натрием (21,00–1804,80 мг/кг), железом (60–550 мг/кг), алюминием (132–1080 мг/кг) марганцем (12,50–44,00 мг/кг), цинком (10,28–29,00 мг/кг), медью (1,00–10,00 мг/кг), стронцием (152–250 мг/кг), кобальтом (0,06–0,22 мг/кг), хромом (1,20–3,00 мг/кг), никелем (1,78–3,00 мг/кг) [10–13].

Часто используемыми в аналитической практике методами определения элементного состава при оценке качества ЛРС и ЛРП являются атомно-абсорбционная спектроскопия с различными модификациями, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС), рентгеновская флуоресцентная спектрометрия (РФС, РФА) [14–19].

Цель работы — определение элементного состава и содержания тяжелых металлов в грудном сборе № 2 и его компонентах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для проведения испытания были использованы образцы ЛРП, приобретенных в аптечной сети г. Москвы: ГС № 2, подорожника большого листья, мать-и-мачехи обыкновенной листья и солодки корни, имеющие на момент проведения анализа остаточный срок годности не менее полугода.

Для оценки содержания минеральных веществ, в том числе тяжелых металлов и мышьяка в ГС № 2 и его компонентах, был выбран метод ИСП-МС, основанный на измерении отношения массы заряженных частиц к величине их заряда с предварительной ионизацией в индуктивно-связанной плазме. Образцы ЛРС и ГС № 2 измельчали до состояния однородного порошка и просеивали через сито с диаметром отверстий 1 мм. Затем отбирали пробы массой 1 г (точная навеска), помещали в сосуд для микроволнового разложения, добавляли 10 мл кислоты азотной концентрированной (Fisher Chemical) и проводили разложение с помощью микроволновой системы Ethos UP (Milestone) при максимальной температуре 165 °С. После охлаждения растворы фильтровали через фильтр «синяя лента» в мерные колбы вместимостью 25 мл, доводили объем раствора до метки водой деионизованной, очищенной на установке Milli-Q Integral 3 (Millipore), и тщательно перемешивали. Количественное определение содержания тяжелых металлов и мышьяка проводили с использованием масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7900 (Agilent Technologies). Мощность высокочастотного генератора плазмы — 1500 Вт, поток плазменного газа (аргон) — 15 л/мин, поток газа-распылителя (аргон) — 1,0 л/мин, скорость подачи пробы — 0,10 об./мин, количество повторностей — 5, время интегрирования — 0,1 с. Калибровку проводили в диапазоне 0,5–1,5 ПДК для каждого элемента. Для каждого образца готовили по три параллельных испытуемых раствора. Итоговые величины концентраций определяли как среднее арифметическое измеренных значений [20].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Метод ИСП-МС позволяет анализировать элементы в широком диапазоне их содержания в пробе, в том числе элементы с высокими потенциалами ионизации (например, вольфрам). Пределы обнаружения элементов в образцах ЛРС и ЛРП этим методом достигают 0,5 мкг/л, а предел количественного определения 2–20 мкг/л [21]. В результате анализа в ГС № 2 и его компонентах было выявлено 26 элементных примесей (табл. 1).

Полученные результаты показали, что ГС № 2 имеет богатый элементный состав. Макроэлементами с наибольшим содержанием являются калий, кальций и магний. Следует отметить, что препараты с высоким содержанием магния могут благоприятно влиять на состояние пациентов с респираторными заболеваниями, сопровождающимися спазмом мышц дыхательных органов, например при бронхитах [22].

Во всех исследуемых объектах преобладающим элементом был калий, однако стоит отметить высокое содержание кальция в мать-и-мачехи обыкновенной листьях. В корнях солодки найденное содержание калия, кальция, магния, натрия, алюминия, меди, железа, марганца, стронция, цинка, кобальта, хрома, никеля было значительно ниже, чем значения, указанные в литературе [10–13]. Также и для мать-и-мачехи обыкновенной листьев диапазоны концентраций калия, кальция, магния, натрия, алюминия, меди, железа, марганца, стронция, цинка, кобальта, хрома, никеля, указанные в литературе [6][7], значительно превышали полученные в эксперименте результаты анализа (табл. 1). Содержание никеля в подорожника большого листьях было выше значения, указанного в литературе (0,03 мг/кг), при значительно меньшем содержании остальных элементов [8][9]. Такие расхождения с литературными данными могут быть объяснены почвенными, географическими, климатическими особенностями региона заготовки ЛРС.

На масс-спектрах исследуемых образцов идентифицированы сигналы, соответствующие тяжелым металлам и мышьяку (рис. 1). Содержание тяжелых металлов и мышьяка во всех образцах не превышало норм содержания согласно ГФ РФ XV. Наиболее экологически чистыми были солодки корни.

На основании полученных данных был составлен ряд накопления элементов в порядке уменьшения средних значений их количественного содержания в ЛРП (табл. 2).

Убывающие последовательности макроэлементов совпадали как в ГС № 2, так и в его компонентах. Ряды накопления макроэлементов для мать-и-мачехи обыкновенной листьев и солодки корней подтверждаются данными литературы [6][13].

Ряды накопления микроэлементов и ультрамикроэлементов варьировали у разных объектов в зависимости от вида производящего растения, морфологической группы ЛРС, вклада ЛРС в содержание элементов в ГС № 2. В частности, алюминий в наибольшей степени накапливался в подорожника большого листьях, железо — в мать-и-мачехи обыкновенной листьях и ГС № 2, стронций — в солодки корнях. Замыкающим элементом рядов накопления во всех объектах является медь. В корнях солодки бор представлен в большем количестве относительно марганца. Противоположная последовательность наблюдается в остальных объектах исследования. Подорожника большого листья в отличие от остальных объектов накапливают больше цинка, чем бора.

Наибольшей вариативности достигали ряды накопления ультрамикроэлементов. Во всех объектах выявлена закономерность, заключающаяся в наиболее высокой степени накопления бария относительно других ультрамикроэлементов. В подорожника большого листьях в большей степени относительно других элементов накапливается серебро, в мать-и-мачехи обыкновенной листьях — селен. Место палладия в ряду накопления ультрамикроэлементов солодки корней значительно выше, чем у остальных объектов.

Наиболее богат калием, кальцием и магнием компонент мать-и-мачехи обыкновенной листья. Следовательно, наибольший вклад в содержание данных элементов в сборе вносит именно этот компонент. Высокое относительно других компонентов сбора содержание калия и кальция подтверждается данными, приведенными в литературе [8][12][13]. Содержание натрия в компонентах сбора в 7–1030 раз ниже относительно содержания других макроэлементов (рис. 2).

При исследовании микроэлементного состава компонентов сбора было обнаружено высокое содержания алюминия в мать-и-мачехи обыкновенной листьях и подорожника большого листьях, железа в мать-и-мачехи обыкновенной листьях и стронция в солодки корнях. В настоящее время не существует нормативной документации, регламентирующей значения показателей этих элементов в ЛРС. Согласно методическим рекомендациям Роспотребнадзора⁴ суточная физиологическая потребность в железе составляет 10–18 мг/сут. Таким образом, содержание железа в исследуемых ЛРП с учетом особенностей способа их применения и дозы, указанных в инструкции по медицинскому применению, не превышает суточной нормы. Наибольшее содержание микроэлементов бора и марганца обнаружено в мать-и-мачехи обыкновенной листьях. Подорожника большого листья вносят наибольший вклад в содержание цинка в ГС № 2 (рис. 3).

Концентрация ультрамикроэлемента бария в исследуемых ЛРП в несколько раз превышает концентрации остальных ультрамикроэлементов, достигая наибольшего содержания в подорожника большого листьях (2,68 мг/кг). Кроме того, листья подорожника обладают превалирующим содержанием серебра и никеля относительно других компонентов. Молибден в наибольшем количестве обнаружен в солодки корнях. Наибольшее содержание остальных ультрамикроэлементов обнаружено в мать-и-мачехи обыкновенной листьях (рис. 4). Богатый элементный состав ГС № 2 обусловлен в основном элементным составом мать-и-мачехи обыкновенной листьев.

Ранее было установлено, что совокупность таких факторов, как фаза развития растения, морфологическая группа ЛРС, условия произрастания производящих растений, обусловливает вариативность содержания как макро-, так и микроэлементов [23][24]. Возникает необходимость определить зависимость содержания элементов от вида растения и его морфологической группы в исследуемых образцах. Данные о вкладе каждого из компонентов в суммарное содержание элементов в ГС № 2 представлены в таблице 3.

Наибольшим вкладом относительно других компонентов (табл. 3) в содержание калия, кальция, магния, алюминия, бора, меди, железа, марганца, цинка, кобальта, хрома, галлия, лития, молибдена, селена, ванадия в сборе обладают мать-и-мачехи листья обыкновенной; серебра, бария, никеля — подорожника большого листья; натрия, стронция, палладия — солодки корни.

В состав ГС № 2 входит ЛРС двух морфологических групп (листья и корни). Концентрация в подземных органах таких элементов, как кальций, алюминий, железо, цинк, марганец, алюминий, цинк, серебро, барий, кобальт хром, галлий, селен, ванадий, в несколько раз ниже концентрации этих элементов в листьях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что грудной сбор № 2 имеет богатый минеральный состав, в том числе макроэлементов, благодаря их высокому содержанию в компонентах сбора. Наибольшее содержание калия, кальция, магния в сборе обеспечивает компонент мать-и-мачехи обыкновенной листья. Наибольший вклад в содержание натрия обеспечивают солодки корни.

Отмечена ведущая роль мать-и-мачехи обыкновенной листьев в формировании микроэлементного и ультрамикроэлементного состава грудного сбора № 2. Компонент подорожника большого листья вносит наибольший вклад в содержание в грудном сборе № 2 цинка, серебра, никеля. Превалирующее содержание стронция и молибдена было отмечено для солодки корней.

Концентрации тяжелых металлов и мышьяка в исследуемых объектах не превышали норм предельного содержания согласно ОФС.1.5.3.0009 «Определение содержания тяжелых металлов и мышьяка в лекарственном растительном сырье и лекарственных растительных препаратах» Государственной фармакопеи Российской Федерации XV изд.

Определен вклад каждого из компонентов сбора в содержание элементов в грудном сборе № 2 с учетом заявленного состава сбора. Наибольший вклад в содержание большинства элементов (20 из 26) принадлежит компоненту мать-и-мачехи обыкновенной листьям, по отдельным элементам — подорожника большого листьям (серебро, барий, никель), солодки корням (натрий, стронций, палладий).

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: В.В. Чевидаев — подбор и анализ литературы, анализ, систематизация и обобщение экспериментальных данных, написание текста рукописи и подготовка иллюстративного материала; Д.О. Боков — проведение исследования методом ИСП-МС; И.В. Гравель — редактирование текста рукописи, дизайн обработки результатов; И.А. Самылина — ответственность за все аспекты работы, включая надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с достоверностью данных и целостностью всех частей рукописи, утверждение окончательного варианта рукописи для публикации.

Authors’ contributions. All the authors confirm that they meet the ICMJE criteria for authorship. The most significant contributions were as follows. Vladimir V. Chevidaev selected and analysed literature; analysed, collated, and summarised experimental data; drafted and formatted the manuscript; and prepared the illustrative material. Dmitry O. Bokov conducted the ICP-MS experiment. Irina V. Gravel edited the manuscript and designed the statistical analysis procedure for the study results. Irina A. Samylina approved the final version of the manuscript for publication and agreed to be accountable for all aspects of the work and to ensure appropriate investigation and resolution of the issues related to the reliability of data or the integrity of all parts of the work.