Сравнительный анализ содержания микроэлементов в грудных сборах

ВВЕДЕНИЕ

Лекарственные растительные препараты (ЛРП), в том числе растительные сборы, представляют собой сложные фитотерапевтические системы. Эффективность применения ЛРП обусловлена главным образом комплексом входящих органических биологически активных веществ, а также микроэлементным составом [1]. Каждый многокомпонентный ЛРП обладает индивидуальным набором элементов в зависимости от входящего лекарственного растительного сырья (ЛРС) [2]. Микроэлементы могут модулировать активность органических соединений, входить в структуру самих действующих веществ или выступать самостоятельными биорегуляторами [3][4], а высокие концентрации микроэлементов могут представлять риск для здоровья [5].

Грудные сборы, относящиеся к одной терапевтической группе и применяющиеся при терапии бронхолегочных заболеваний, являются официнальными многокомпонентными ЛРП [1]. Различия в качественном и количественном составе компонентов определяют не только специфику фармакологического действия, но и содержание микроэлементов. Установлено, что элементный состав грудных сборов не является простой суммой отдельных его компонентов [6].

Данные по широкому спектру элементов в многокомпонентных ЛРП представлены в литературе фрагментарно. Ряд исследований посвящен изучению содержания тяжелых металлов в лекарственных растениях и определению макроэлементов (K, Na, Ca, Mg) в растительных сборах [7–11]. Однако систематических сравнительных исследований содержания микроэлементов в сборах одного фармакологического действия в доступных источниках не обнаружено.

Согласно Государственной фармакопее Российской Федерации (ГФ РФ) XV издания в ЛРП нормируются только токсичные элементы, такие как Pb, Cd, As, Hg (ОФС.1.5.3.0009.15)¹. Содержание эссенциальных и условно токсичных элементов не рассматривается. В качестве ориентировочных критериев для оценки содержания элементов были приняты уровни, установленные Решением Коллегии Евразийской экономической комиссии № 138² для синтетических препаратов, предусматривающие нормирование примесей 24 элементов (Cd, Pb, As, Hg, Ba, Cu, Cr и др.).

Полный микроэлементный профиль ЛРC и ЛРП может включать до нескольких десятков элементов (до 30 и более). Однако возможен анализ фрагмента профиля, включающий различающиеся по биологической значимости и способности накапливаться в растительных объектах элементы. Такой подход позволяет выявить основные закономерности накопления микроэлементов в ЛРП. Включенные в анализ элементы должны представлять две ключевые группы: эссенциальные микроэлементы (Fe, Zn, Cu, Mn), необходимые для нормального функционирования бронхолегочной системы, и условно токсичные элементы (Al, Sr, Ba), которые могут накапливаться в лекарственных растениях. По литературным данным, среднее содержание (мг/кг) этих элементов в ЛРС, как правило, не превышает максимальных значений: Fe — до 1000, Al — до 400, Mn — до 300, Sr — до 100, Ba — до 80, Zn — до 60, Cu — до 15 мг/кг [12][13].

В настоящее время имеются лишь отдельные данные об элементном составе ЛРП [8][10]. Контроль качества ЛРП ограничивается оценкой токсичных элементов (Pb, Cd, As, Hg), в то время как полный микроэлементный профиль, включающий эссенциальные и условно токсичные элементы, остается неизученным. Такой подход не позволяет оценить потенциальный вклад микроэлементов в фармакологический эффект и безопасность ЛРП, обладающих схожим терапевтическим действием. В связи с этим изучение элементного состава ЛРП является актуальным.

Цель работы — провести сравнительную оценку содержания микроэлементов (Al, Ba, Cu, Fe, Mn, Sr, Zn) в фармакопейных грудных сборах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалы

Объектами исследования служили грудной сбор № 1 (ГС1), грудной сбор № 2 (ГС2), грудной сбор № 3 (ГС3), грудной сбор № 4 (ГС4) отечественных производителей (ООО «Фирма Здоровье»; ООО «Фармацвет»; ООО «Лек+С»), реализуемые через аптечные сети на территории Российской Федерации. Сборы включают различные компоненты: ГС1 — алтея корни, мать-и-мачехи обыкновенной листья и душицы обыкновенной трава; ГС2 — мать-и-мачехи обыкновенной листья, подорожника большого листья и солодки корни; ГС3 — алтея корни, шалфея лекарственного листья, аниса обыкновенного плоды и сосны обыкновенной почки; ГС4 — багульника болотного побеги, календулы лекарственной цветки, фиалки трава, солодки корни и мяты перечной листья.

Методы

Пробоподготовка. Подготовку проб к анализу проводили методом кислотной минерализации смесью азотной кислоты концентрированной (Nitric acid Рuriss. P.a., 65%, Honeywell Fluka, Германия) и раствора перекиси водорода 30% (ООО «НеваРеактив», Россия). Микроволновое разложение проводили с использованием системы SpeedWave Entry Two (BERGHOF, Германия). После охлаждения полученные растворы количественно переносили в мерные колбы объемом 50 мл и доводили до метки водой деионизированной (с электропроводностью менее 0,5 См×см⁻¹) [6][9].

Атомно-эмиссионная спектрометрия. Определение содержания 7 микроэлементов (Al, Ba, Cu, Fe, Mn, Sr, Zn) в пробах осуществляли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе ICP-OES Optima 8000 (Perkin Elmer, США). Последовательно анализировали растворитель и испытуемые растворы при следующих настройках прибора: время интегрирования — 1–2 сек.; число повторов интегрирования — 3; скорости потоков плазмообразующего газа, дополнительного газа и газа для распыления пробы — 10, 0,2 и 0,7 л/мин соответственно. В качестве стандартного образца (СО) использовали Multi-Element Calibration Standard 3 с концентрацией всех ионов, равной 10 мкг/мл (Perkin Elmer, США), из которого готовили растворы с концентрациями 0,1; 0,5; 1,0 мг/л для построения прямой градуировочной зависимости.

Статистическая обработка результатов. Проанализированы по 3 образца сбора каждого наименования каждого производителя: ГС1 (ООО «Фирма Здоровье»; ООО «Фармацвет»), ГС2 (ООО «Фирма Здоровье»; ООО «Фармацвет»), ГС3 (ООО «Фирма Здоровье»; ООО «Лек+С»), ГС4 (ООО «Фармацвет»). Всего проведен анализ 21 пробы ЛРП. Результаты обработаны с использованием методов математической статистики³ с применением программного обеспечения Microsoft Excel 2019.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что содержание микроэлементов значительно варьировало как в пределах одного наименования сбора (в зависимости от производителя), так и среди различных наименований (табл. 1). Концентрации исследуемых элементов в грудных сборах различались в широких диапазонах: Mn и Zn — более чем в 8 раз; Fe, Ba, Cu и Al — в 4–5 раз; Sr — в 3 раза.

Обнаружено, что ГС1 содержал наиболее высокие концентрации Fe (606,65 мг/кг) по сравнению с другими сборами (рис. 1). В составе ГС2 выявлено максимальное содержание Sr — 192,1 мг/кг, что в 2 раза выше, чем в ГС1, ГС3 и ГС4. Содержание Cu и Zn в ГС2 было ниже на 42 и 6% соответственно, чем в других грудных сборах. ГС3 содержал наименьшие концентрации Al, Ba, Fe и Mn среди всех сборов. ГС4 характеризовался высокой концентрацией Mn: его содержание (248,0 мг/кг) в 5–9 раз превышало концентрации, обнаруженные в других сборах. Наряду с этим ГС4 содержал на 67,3% больше Cu, чем другие грудные сборы.

Учитывая то, что микроэлементы способны оказывать существенное влияние на фармакологический эффект лекарственных растительных препаратов, выявленные особенности можно рассматривать как ключевые элементные характеристики для грудных сборов.

Удобным инструментом для сравнения микроэлементных профилей является построение последовательности элементов в зависимости от их концентраций в порядке убывания (табл. 2), что помогает установить аномально высокое содержание элементов, связанное, например, с антропогенным загрязнением [14]. Доминирующие позиции в рядах стабильно занимали Al и Fe: в большинстве сборов преобладал Al, тогда как в ГС1 — Fe. Аналогичные изменения наблюдались для Sr и Mn: в ГС1–ГС3 отмечалось более высокое содержание Sr, в ГС4 — Mn. В рядах элементов в ГС1, ГС2, ГС4 выявлена устойчивая последовательность Ba > Zn > Cu, для ГС3 — Zn > Cu > Ba. На основе полученных данных все изученные элементы можно разделить на три аналитические группы: с высокой концентрацией — около 200–600 мг/кг (Al, Fe), со средней — 50–200 мг/кг (Mn, Sr) и низкой — в пределах 5–50 мг/кг (Ba, Cu, Zn). Полученные данные согласуются со средним содержанием вышеуказанных элементов в ЛРС [15].

Высокое содержание Mn (248,0 мг/кг) в ГС4 может быть обусловлено входящими в состав сбора побегами багульника и травой фиалки, которые, согласно работам [16][17], аккумулируют этот элемент. Максимальное содержание Sr, установленное для ГС2, связано с присутствием листьев мать-и-мачехи и корней солодки, для которых отмечен высокий уровень накопления этого элемента [8][18]. Относительно низкие концентрации Al, Ba и Fe в ГС3 за счет входящих в его состав корней алтея и солодки можно охарактеризовать меньшим уровнем накопления этих металлов⁴. Стабильно высокие концентрации Fe в ГС1, ГС2 и ГС4 коррелируют с высоким процентным содержанием в них ЛРС морфологических групп «Листья» (мать-и-мачеха, подорожник, мята) и «Цветки» (ромашка, календула) [19][20]. В случае, если растение-концентратор отдельного элемента входит в состав комплексного ЛРП, значительно повышается возможность его использования в качестве источника этого элемента.

В ходе проведенного исследования были выявлены высокие концентрации эссенциальных элементов во всех грудных сборах: Fe — до 707,8 мг/кг, Cu — до 16,87 мг/кг, Zn — до 35,66 мг/кг. Известно, что переход этих элементов из сборов в водные извлечения может достигать для Fe — 12%; для Zn — 30%; для Cu — 45% [9–11], поэтому их поступление в организм человека с настоями может быть сопоставимо с нормами физиологических потребностей (Fe — 18 мг; Zn — 12 мг; Cu — 1,0 мг)⁵. В связи с этим грудные сборы могут быть использованы в качестве дополнительных источников эссенциальных микроэлементов при респираторных заболеваниях с элемент-дефицитными состояниями.

При проведении исследования было установлено содержание Ba и Cu, относящихся к 3-му классу опасности, во всех грудных сборах; их расчетное суточное поступление составило 0,08–0,43 и 0,03–0,16 мг/сут соответственно, что в 3–18 и 19–100 раз ниже допускаемых концентраций (Ba — 1,4 мг/сут; Cu — 3 мг/сут)⁶.

Впервые проведено сравнение микроэлементных профилей всех четырех официнальных грудных сборов (№ 1–4)⁷. Ранее в научной литературе встречались данные по составу лишь некоторых сборов или их отдельных компонентов, но отсутствовал сравнительный анализ элементного состава сборов одной терапевтической группы.

Представленный в работе подход целесообразно рассматривать как методологическую основу для системной оценки элементных профилей ЛРП. Выборка включала минимально возможное количество образцов каждого сбора разных производителей, представленных на российском фармацевтическом рынке. На этом этапе исследования оценили только содержание 7 элементов в ЛРП (на примере грудных сборов) без экспериментального определения степени их перехода в водные извлечения (настои) и учета биодоступности химических форм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые проведен сравнительный анализ содержания микроэлементов (Al, Ba, Cu, Fe, Mn, Sr, Zn) в грудных сборах № 1–4 разных производителей. На фрагменте микроэлементного профиля показано, что концентрации эссенциальных микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Zn) в изученных сборах различались в 4–8 раз, а потенциально токсичных (Al, Ba, Sr) — в 3–5 раз. Установлены характерные особенности элементного состава в пределах сборов одной терапевтической группы: максимальное содержание Fe выявлено в ГС1, Sr — в ГС2, Mn, Cu и Zn — в ГС4. Это следует учитывать при использовании фитотерапии для лечения и профилактики заболеваний верхних дыхательных путей.

Сопоставление концентраций Ba и Cu в грудных сборах с допустимым суточным воздействием при пероральном пути введения этих элементов с лекарственными средствами показало, что их расчетное поступление (0,08–0,43 и 0,03–0,16 мг/сут) в 3–100 раз ниже допустимых значений⁸. Полученные результаты могут служить основой для дальнейших исследований целесообразности нормирования этих и других микроэлементов в ЛРП.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства критериям ICMJE. Наибольший вклад распределен следующим образом: И.В. Гравель — концепция работы, написание текста рукописи, формулировка выводов; Д.В. Левушкин — работа с источниками литературы, написание текста рукописи; Ю.Э. Генералова — проведение эксперимента; В.В. Косенко — концепция работы, формулировка выводов; И.И. Тернинко — участие в формулировании выводов, утверждение окончательной версии статьи для публикации.

Использование генеративного искусственного интеллекта. Авторы заявляют, что не использовали генеративный ИИ при подготовке рукописи.

Author contributions. All authors confirm that they meet the ICMJE criteria for authorship. The most significant contributions were as follows. Irina V. Gravel conceptualized the study, drafted the manuscript, and formulated the conclusions. Dmitry V. Levushkin analyzed and systematized literature data and drafted the manuscript. Yuliya E. Generalova performed the experiments. Valentina V. Kosenko conceptualized the study and formulated the conclusions. Inna I. Terninko participated in formulating the conclusions and approved the final version of the manuscript for publication.

Use of generative artificial intelligence. The authors declare that no generative AI was used during the preparation of this manuscript.