Transfer of Trace Elements from Herb Raw Materials into a Liquid Dosage Form

Лекарственное растительное сырье (ЛРС) является сложной многокомпонентной системой, химический состав которой определяется не только содержанием биологически активных органических соединений, но и видоспецифичным микроэлементным профилем

При этом оценка элементного состава непосредственно исходного ЛРС не позволяет в полной мере охарактеризовать элементный профиль получаемой из него лекарственной формы в связи с тем, что содержание элемента в исходном сырье и его содержание в готовой лекарственной форме являются взаимосвязанными, но не тождественными величинами

Важным аспектом является также то, что элементный профиль лекарственной формы определяется не только абсолютным содержанием соответствующего элемента в сырье. Современные исследования показывают, что их суммарное содержание элементов-токсикантов имеет ограниченную информативность для оценки потенциальной токсикологической нагрузки ЛРП, поскольку различные элементы характеризуются неодинаковой подвижностью и экстрагируемостью

Таким образом, для характеристики элементной безопасности лекарственного растительного препарата целесообразно учитывать не только концентрацию элемента в исходном сырье, но и количественно оценивать его переход в конкретную лекарственную форму. В качестве количественной характеристики может использоваться коэффициент перехода, рассчитываемый как отношение количества элемента, перешедшего в экстракт, к его исходному количеству в сухом сырье. Такой показатель позволяет сопоставлять различные элементы независимо от их исходной концентрации и оценивать эффективность их извлечения при различных технологических условиях.

Проблема приобретает особую актуальность для лекарственных форм, получаемых с использованием водно-этанольных экстрагентов. Вода и этанол обладают различными физико-химическими свойствами и обеспечивают извлечение различных групп соединений растительной матрицы. Поэтому изменение соотношения компонентов экстрагента способно одновременно изменять выход целевых биологически активных веществ и количество минеральных компонентов, поступающих в лекарственную форму. Это обстоятельство особенно важно при разработке технологии растительных препаратов, поскольку оптимизация экстракции исключительно по выходу органических биологически активных соединений потенциально может сопровождаться увеличением перехода отдельных элементов, в том числе токсикологически значимых

В международной практике проблема элементных примесей в растительных лекарственных препаратах рассматривается в контексте общей системы обеспечения качества и управления рисками. При этом результаты масштабного анализа данных по лекарственному растительному сырью подтверждают сохраняющуюся актуальность контроля элементных загрязнителей для обеспечения безопасности растительных лекарственных средств

Несмотря на это, данные о количественных закономерностях перехода элементов непосредственно из нативного лекарственного растительного сырья в лекарственную форму остаются ограниченными. Большинство исследований ориентировано либо на характеристику элементного состава исходного сырья, либо на определение содержания отдельных токсичных элементов в готовом препарате.

В связи с этим представляет интерес исследование закономерностей перехода элементов из нативного лекарственного растительного сырья в лекарственную форму при использовании водно-этанольных экстрагентов различной концентрации. Полученные данные могут быть использованы для совершенствования подходов к стандартизации растительного сырья и препаратов на его основе, а также для оценки потенциальной элементной нагрузки и обеспечения безопасности лекарственных форм растительного происхождения.

Целью исследования являлось изучение закономерностей перехода химических элементов из нативного лекарственного растительного сырья в водно-этанольные извлечения в зависимости от концентрации этанола и вида растительного сырья, а также оценка возможности использования коэффициента перехода для характеристики элементного состава получаемой лекарственной формы.

В качестве объектов исследования были заготовлены плоды и листья черники обыкновенной Vaccinium myrtillus L. заготовленные в фазу плодоношения на территории Новосибирской области в сосновом лесу (3 км на северо-восток от пос. Седова Заимка, Кубовинский сельсовет, Новосибирский район Новосибирская область — 55°38´ с.ш. и 82°91´ в.д.). После заготовки сырье доводилось до воздушно-сухого состояния в процессе воздушно-конвективной сушки при 40–50°С. Для получения извлечений из сырья применялась в качестве экстрагента водно-спиртовая смесь с концентрацией этанола 20,40,70 и 90%. Навеска измельченного сырья помещалась в колбу, затем прибавляли объем экстрагента в соотношении 1:50. Затем колбу с обратным холодильником помещали на кипящую водяную баню и выдерживали 30 мин. После охлаждения фильтровали и фильтрат дополнительно центрифугировали при 8000 об/мин в течении 15мин для отделения пылевидной твердой фракции. Определения содержания элементов производили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе ELAN DRC-II (Perkin Elmer Inc.) по методике НСАМ № 512-МС

Содержание элементов измерялось по 5–15-ти образцам. Статистическая обработка проводилась по стандартным методикам с определением средних значений и среднеквадратичных отклонений. Значимость различий оценивали по критерию Стьюдента с доверительной вероятностью 95%. Коэффициент перехода оценивался для каждого элемента по формуле:

где:

Сэкстр — концентрация элемента в полученном экстракте;

V — объём экстрагента;

С0 — содержание элемента в чистом экстрагенте;

m — масса сухого сырья;

Ссыр — содержание элемента в сухом сырье.

Полученные результаты приведены в таблице.

Исследование показало выраженную зависимость степени перехода элементов из растительного сырья в водно-этанольные экстракты от концентрации этанола и морфологического органа растения. Коэффициент перехода рассчитывали как отношение количества элемента, извлечённого в жидкую фазу, к его исходному количеству в сухом сырье.

Средний коэффициент перехода для совокупности исследованных элементов в листьях составлял 0,324, 0,325, 0,278 и 0,188 при использовании 20-, 40-, 70- и 90%-ного этанола соответственно. Для плодов соответствующие значения составляли 0,463, 0,517, 0,370 и 0,340. Таким образом, элементные формы в плодах в целом характеризовались более высокой экстрагируемостью по сравнению с листьями. Максимальная средняя степень перехода элементов из плодов отмечена при использовании 40%-ного этанола. Для различных элементов наблюдались монотонное увеличение или уменьшение коэффициента перехода, а также выраженные максимумы при промежуточных концентрациях этанола. В листьях для 14 из 28 исследованных элементов максимальный коэффициент перехода наблюдался при 20% этанола, для 8 элементов — при 40%, для 3 — при 70% и ещё для 3 — при 90%. В плодах максимальные значения для 12 элементов отмечены при 20%, для 12 — при 40%, и для 2 элементов — при 70 и 90% этанола соответственно.

Для ряда элементов увеличение содержания этанола сопровождалось закономерным снижением их перехода. Наиболее выраженная тенденция наблюдалась для Ca, Mn, Fe, Co, Ba, La и As. Так, коэффициент перехода Fe из листьев снижался от 0,31 при 20% этанола до 0,04 при 90%, тогда как в плодах максимальное значение 0,74 отмечалось при 40% этанола. Для Mn коэффициент перехода снижался с 0,58 до 0,23 в листьях и с 0,72 до 0,45 в плодах. Аналогичная тенденция установлена для As, особенно выраженная в плодах, где коэффициент перехода уменьшался с 0,29 до 0,04.

В противоположность этому для Na наблюдалось увеличение степени перехода при повышении концентрации этанола: в листьях коэффициент возрастал от 0,75 до 0,95, а в плодах — от 0,64 до 0,88. Для Cu аналогичная тенденция была характерна для листьев, где коэффициент перехода увеличивался от 0,07 при 20% до 0,18 при 90% этанола.

Особый интерес представляют элементы, для которых максимальная степень перехода наблюдалась при промежуточной концентрации этанола. Для Pb коэффициент перехода из листьев увеличивался от 0,44 при 20% до 0,49 при 40%, после чего снижался до 0,21 при 90%. В плодах максимальное значение достигало 1,00 при 40% этанола. Для Zn в плодах также отмечен максимум при 40% этанола — 0,99. Для Fe в плодах коэффициент перехода при 40% составлял 0,94, тогда как при 20, 70 и 90% — 0,56, 0,35 и 0,22 соответственно.

Выраженная органоспецифичность установлена также для Hg. В листьях коэффициент перехода практически не зависел от концентрации этанола и находился в диапазоне 0,13–0,15. В плодах, напротив, он снижался от 0,56 при 20% до 0,09 при 90% этанола. Для La наблюдалось смещение оптимальной концентрации экстрагента: максимальный переход из листьев отмечен при 20% этанола (0,45), тогда как из плодов — при 40% (0,45).

Полученные результаты демонстрируют, что высокое содержание элемента в исходном сырье не обязательно сопровождается высокой степенью его перехода в экстракт. Наиболее показательным примером является Si: при содержании 898 мкг/г в листьях и 730 мкг/г в плодах его переход в водно-этанольные экстракты при всех исследованных концентрациях этанола не регистрировался. Следовательно, абсолютное содержание элемента в сырье не может использоваться как единственный критерий прогнозирования его присутствия в получаемом экстракте необходимо учитывать и коэффициент перехода, характеризующий эффективность мобилизации элемента из растительной матрицы. Естественно, что абсолютное количество элемента в экстракте будет определяться совместным влиянием исходной концентрации и степени перехода.

С точки зрения безопасности ЛРС и ЛРП особое значение имеет поведение токсикологически значимых элементов. Для Pb в плодах при 40% этанола коэффициент перехода достигал 0,73, что соответствует практически полному переходу исходного количества элемента в экстракт. Для Cd максимальный переход из листьев также наблюдался при 40% этанола (0,47), тогда как для Hg в плодах наиболее высокий коэффициент отмечен при 20% этанола (0,56) с последующим последовательным снижением при увеличении содержания этанола. Для As повышение концентрации этанола, напротив, сопровождалось снижением степени перехода, особенно выраженным в плодах.

В результате проведенного исследования установлено, что экстракция водно-этанольными экстрагентами приводит к селективному перераспределению элементов между растительной матрицей и жидкой фазой. Выбор концентрации этанола способен существенно изменять не только выход биологически активных соединений, но и элементный профиль получаемого экстракта. Поэтому при разработке и стандартизации растительных препаратов целесообразно рассматривать концентрацию этанола как фактор, определяющий одновременно эффективность извлечения целевых биологически активных веществ и степень перехода минеральных и потенциально токсичных элементов в готовый экстракт.