присутствие алкалоидов в лекарственном растительном сырье можно доказать реакцией
Присутствие алкалоидов в лекарственном растительном сырье можно доказать реакцией
В настоящее время на отечественном фармацевтическом рынке существует большое количество лекарственных препаратов, имеющих различное происхождение – синтетическое, полусинтетическое, природное. Наиболее востребованными из них являются препараты, произведенные и/или изготовленные из лекарственного растительного сырья. В современной научной медицине используются свыше 250 видов лекарственных растений, важнейшие из которых внесены в Государственную фармакопею РФ [1]. Они обладают различным терапевтическим действием, которое определяется содержащимися в лекарственном растительном сырье биологически активными веществами. Наиболее значимой группой таких веществ являются алкалоиды.
Алкалоиды – это группа азотсодержащих органических веществ природного происхождения, обладающих выраженной физиологической активностью. В растительном мире они наиболее распространены среди отдела Angiospermae (Magnoliophyta), реже – среди отдела Gymnospermae. Ими богаты семейства Papaveraceae, Solanaceae, Fabaceae, Campanulaceae, Ranunculaceae, Apocynaceae, Rutaceae, Loganiaceae, Ephedraceae, Malvaceae, Taxaceae и другие. Алкалоиды способны накапливаться в различных органах растения, локализуясь в клетках в виде солей органических и неорганических кислот. Содержание их как биологически активных веществ мало – оно составляет сотые и десятые доли процента [2]. Обычно растение имеет в своем химическом составе не один, а несколько видов алкалоидов, расположенных в разных его частях. Например, клубни Stephania glabra (Roxb.) Miers содержат сумму алкалоидов, в состав которых входят гиндарин, ротундин, стефарин и многие другие. Несмотря на это, в листьях и стебле обнаружен лишь один представитель – циклеанин. В траве Thermopsis lanceolata R.Br. имеется большое содержание алкалоидов термопсина, гомотермопсина, пахикарпина, анагирина, но как лекарственное растительное сырье его используют в качестве источника цитизина, накапливаемого в семенах. Помимо локализации алкалоиды отличаются и концентрацией, влияние на которую оказывают многочисленные факторы: климатические условия (температура, влажность), минеральный состав почвы, время суток и стадии вегетации. Известно, что в условиях повышенной влажности, количество алкалоидов постепенно снижается. На синтезирование и накопление данных биологически активных веществ благоприятно влияют богатые азотом почвы, высокая температура и продолжительность светового дня [3].
Несмотря на то, что алкалоиды активно используются для изготовления/производства лекарственных препаратов, обладающих различными фармакологическими эффектами, их биологическая роль в растении окончательно не выяснена. Существует множество теорий, но все они несостоятельны, так как не отражают полноту осуществляемых ими функций. Предполагается, что в процессе дыхания растения алкалоиды окисляются в пероксид, который затем переходит в оксид и высвобождаемый при этом процессе активированный кислород используется для дальнейшего фотосинтеза. Данные биологически активные вещества выступают в роли стимуляторов и регуляторов роста растений, т.е. фитогормонов. Также известно, что алкалоиды способны осуществлять защитную функцию, выражающуюся в предохранении растения от поедания представителями животного мира. Проведенная в Предуралье работа доказывает, что содержание алкалоидов в растении позволяет им сосуществовать с более конкурентоспособными видами за счет изменения ритма сезонного развития [4].
Многочисленные исследования алкалоидосодержащих растений и их свойств дали возможность производить и / или изготавливать лекарственные растительные препараты таким образом, чтобы сохранялось необходимое для терапевтического эффекта содержание биологически активного вещества. Существуют определенные особенности заготовки растительного сырья, методы выделения алкалоидов из растительного сырья, методы качественного и количественного анализа, методы и особенности производства лекарственных препаратов на основе данного действующего вещества.
Цель исследования: изучение фармакологических свойств препаратов алкалоидов. Задачи исследования представлены изучением видов лекарственных растений, содержащих данную группу действующих веществ, методов качественного и количественного анализа и особенностей производства и/или изготовления лекарственных растительных препаратов.
Материалы и методы исследования
Исследуемыми объектами настоящего исследования являются следующие лекарственные алкалоидосодержащие растения: Aconitum monticola Steinb., Stephania glabra (Roxb.) Miers, Thermopsis lanceolata R.Br., Cytisus ruthenicus Fisch. ex Wol., Lobelia inflata L., Strychnos nux-vomica L., Glaucium flavum Crantz., Vinca rosea L., Taxus brevifolia Nutt. Исследование проводилось с использованием информационно-поисковых (Scholar Google) и библиотечных баз данных (eLibrary, CyberLeninka).
Результаты исследования и их обсуждение
Доказательством того, что в растениях есть алкалоиды, служат положительные качественные реакции на исследуемое биологически активное вещество. Для качественного анализа используют общие и частные качественные реакции на алкалоиды [5]. Общие качественные реакции представлены реакциями осаждения с использованием различных химических веществ – йода и его растворов, реактива Драгендорфа, реактива Майера, реактива Бертрана, реактива Шейблера, реактива Зонненштейна, раствора кислоты пикриновой и раствора таннина. Реакции окрашивания (частные качественные реакции) многочисленны. В качестве реагентов используют концентрированную кислоту серную или азотную (оранжево-красное или красно-бурое окрашивание берберина соответственно), раствор пероксида водорода (фиолетовое окрашивание берберина), раствор калия бихромата и концентрированную кислоту серную (красно-фиолетовое окрашивание стрихнина), раствор калия бихромата и концентрированную кислоту азотную (оранжево-красное окрашивание бруцина), реактивы Эрдмана, Марки, Фреде, которые имеют различную окраску в зависимости от строения алкалоида. Кроме того, существуют групповые качественные реакции: мурексидная проба на пуриновые алкалоиды, реакция Витали – Морена на тропановые алкалоиды и другие. Эти реакции позволяют выявить у лекарственных растений целую группу алкалоидов или какой-либо определенный представитель, который в дальнейшем может послужить активным компонентом будущего лекарственного средства. В этом заключается первый этап создания лекарственного растительного препарата на основе алкалоида.
Второй этап подразумевает собой количественное определение данного биологически активного вещества. Сначала необходимо извлечь сумму алкалоидов из лекарственного растительного сырья. Для этого применяют такой метод, как экстракцию водой или спиртом, подкисленными винной, уксусной или хлороводородной кислотой. Перейдя в форму оснований, алкалоиды могут экстрагироваться органическими растворителями. При этом остальные ненужные сопутствующие вещества не связываются с ними, а остаются в исходном водном или спиртовом растворе. Затем органическую смесь алкалоидов подкисляют раствором соответствующей кислоты, вновь переводя алкалоид в солевую форму. Таким образом, выполняя данную операцию некоторое количество раз, можно добиться высокой степени очистки препарата.
В настоящее время на фармацевтических предприятиях все чаще отдают предпочтение иному методу выделения и очистки алкалоидов – ионному обмену. Этот метод представляет собой вполне простую технологическую схему, включающую в себя 5 основных процессов [6]. Как правило, индивидуальные алкалоиды извлекают с помощью нескольких видов катионитов (например, КУ-1, КУ-2, СБС-3). Данный метод применяют для производства цитизина из травы Thermopsis lanceolata R.Br. и многих других алкалоидов. Достоинствами ионного обмена являются относительная дешевизна материалов, простота оборудования и малая трудоемкость процесса. В других случаях используют метод электродиализа, совмещающего несколько этапов производства препаратов на основе алкалоидов – экстракцию, выделение и очистку. Но в связи с низкой эффективностью и сложностью эксплуатации оборудования на фармацевтическом производстве данный метод применяется крайне редко.
За извлечением и очисткой следует разделение суммы алкалоидов на индивидуальные компоненты, с которыми в дальнейшем будут иметь дело. Этот этап является крайне важным и достаточно сложным, так как в зависимости от того, насколько успешно пройдет разделение на конкретные алкалоиды, будет зависеть качество будущего лекарственного средства. Для выделения индивидуальных веществ на фармацевтическом производстве используют следующие основанные на физико-химических свойствах алкалоидов методы: вакуум-разгонку, дробную кристаллизацию, жидкостную экстракцию, сорбцию и избирательное элюирование (десорбцию) [7].
Последнее, что необходимо сделать, это провести собственно количественное определение алкалоида. Его проводят различными способами: гравиметрическим, титриметрическим и физико-химическим методами, включающими в себя фотоэлектроколориметрический метод (клубни с корнями Stephania glabra (Roxb.) Miers, трава Glaucium flavum Crantz.), спектрофотометрический метод (трава Thermopsis lanceolata R.Br.) и полярографический метод (семена Thermopsis lanceolata R.Br.).
Прежде чем выпустить новый лекарственный растительный препарат, необходимо провести тщательное изучение его производящих компонентов – лекарственного растительного сырья и содержащихся в нем биологически активных веществ – с целью определения фармакологической группы будущего лекарственного средства.
Алкалоид зонгорин, выделенный из различных видов Aconitum (A. Barbatum Pers., A. soongaricum Stapf., A. monticola Steinb., A. karakolicum Rapaics.), относящихся к семейству Ranunculaceae, обладает анксиолитической активностью [8]. По сравнению с другими лекарственными препаратами этой группы (ксанакс, феназепам), имеющими побочные эффекты, зонгорин не вызывает серьезных последствий и может применяться при лечении тревожных состояний. В этом заключаются перспективы использования данного алкалоида в качестве основного действующего компонента для лекарственного препарата. Результаты его разработок пока неизвестны.
Седативное действие проявляет алкалоид гиндарин, содержащийся в корнях Stephania glabra (Roxb.) Miers, принадлежащей семейству Menispermaceae. В качестве лекарственного препарата используют его производное – гиндарина гидрохлорид. Помимо оказания седативного действия он снижает артериальное давление, вызывает миорелаксацию и в больших дозах способен выступать в роли транквилизатора. Для производства пероральных препаратов гиндарина используют различные вспомогательные вещества [9]. Это необходимо для того, чтобы препарат более длительное время сохранял свою фармакологическую активность и не подвергался каким-либо химическим изменениям.
Растения семейства Fabaceae – Thermopsis lanceolata R.Br. и Cytisus ruthenicus Fisch. ex Wol. – применяются в качестве лекарственного растительного сырья для получения таких препаратов, как цититон и табекс. Их активным компонентом является алкалоид цитизин, который обладает стимулирующей и антитабачной активностью. Показаниями к применению цититона выступают асфиксия, шоковые, коллаптоидные состояния и ослабление дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности при различных интоксикациях химическими веществами. Табекс назначают как средство для лечения никотиновой зависимости. Помимо цитизина схожей активностью обладает алкалоид лобелин, извлекаемый из Lobelia inflata L. (семейство Campanulaceae), который входит в состав препаратов лобелина гидрохлорид и лобесил. Кроме того, производные цитизина способны оказывать другие фармакологические свойства, не характерные для самого алкалоида – гиполипидемические, противовоспалительные, холинотропные, гемостатические, антиаритмические [10].
В медицинской практике используют такое химическое соединение, как стрихнина нитрат. Это производное алкалоида растения семейства Loganiaceae – Strychnos nux-vomica L. Он оказывает стимулирующее влияние на спинной мозг, возбуждает дыхательные и сосудодвигательные центры, усиливает функцию анализаторов, т.е. обладает адаптогенной, общетонизирующей активностью. Данный препарат назначают внутрь или внутривенно (инъекции). Также существуют другие лекарственные формы – настойка и экстракт чилибухи сухой, применяемые внутрь. Но оказывать свое терапевтическое действие алкалоид стрихнин может только в небольших концентрациях. Превышение допустимых концентраций приводит к серьезному отравлению, способному вызвать гибель организма.
Алкалоид глауцин, содержащийся в Glaucium flavum Crantz. семейства Papaveraceae, обладает противокашлевым, бронхолитическим и антиоксидантным действием. Проведенные исследования доказывают, что производное этого алкалоида (изомер дес-глауцин) имеет более выраженное антиоксидантное действие, чем исходный природный компонент [11]. Данных о его препаратах нет. Но препараты самого алкалоида глауцина существуют – это глаувент и глауцина гидрохлорид. В комбинации с другими алкалоидами (эфедрин, который содержится в различных видах рода Ephedra семейства Ephedraceae) и прочими соединениями глауцин входит в состав бронхотона, бронхолитина и бронхоцина.
За последние столетия медицина продвинулась далеко вперед. Сейчас человечеству известны способы профилактики и лечения многих заболеваний, ранее считавшихся неизлечимыми. Но и по сей день существуют болезни, справиться с которыми современным врачам непросто. Ярким примером этого являются онкологические заболевания. С каждым годом во всем мире наблюдается прирост пациентов с данным диагнозом, что обусловлено различными факторами. Для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей используют химиотерапевтические, гормональные, противовирусные и многие другие препараты. Важнейшими из них являются растительные препараты, которые в меньшей степени, чем синтетические препараты, способны пагубно воздействовать на организм больного. Данная особенность является немаловажной и, несомненно, должна учитываться лечащим врачом. В лечении онкологических заболеваний применяют некоторые виды алкалоидов. Это винбластин, извлекаемый из Vinca rosea L., который относится к семейству Apocynaceae, и паклитаксел, выделяемый из коры Taxus brevifolia Nutt. семействаTaxaceae [12]. Доказано, что сумма алкалоидов A. baicalense Turcz. exRapaics, настойка и настой, обуславливают противоопухолевое и противометастатическое действие [13].
Заключение
Результаты, полученные в ходе исследования информационно-поисковых и библиотечных баз данных исследовательской литературы, показали, что алкалоиды способны оказывать множество различных фармакотерапевтических эффектов. Они могут влиять на различные системы органов и протекающие в человеческом организме процессы. Препараты алкалоидов оказывают действие на сердечно-сосудистую и центральную нервную системы, периферические нейромедиаторные процессы и афферентные нервные окончания. Вероятно, такое богатство терапевтических действий обусловлено сложным и разнообразным химическим строением данных биологически активных веществ. Кроме того, были рассмотрены основы производства лекарственных препаратов алкалоидов. Они имеют свои особенности в зависимости от того, на основе какого представителя хотят произвести/изготовить лекарственное средство. Проанализированные исследования и клинические испытания позволяют прийти к выводу, что ученым известно еще не так много об этой группе веществ. Обладая столь широким спектром терапевтического действия, алкалоиды способны стать действующими веществами лекарственных препаратов многих фармакологических групп. Таким образом, использование данных биологически активных веществ является перспективным в современной медицине.
Обнаружение алкалоидов в растительном сырье
Для обнаружения алкалоидов в растительном сырье чаще всего проводят общие реакции (реакции осаждения) и хроматографию. Для обнаружения какой-либо определенной группы алкалоидов, а также для идентификации отдельных алкалоидов проводят специфические (цветные) реакции, микрокристаллоскопические реакции, хроматографический, люминесцентный анализы и др.
1. Общие (осадочные) реакции на алкалоиды
Эта группа реакций основана на способности алкалоидов давать нерастворимые в воде соединения с солями тяжелых металлов, с комплексными иодидами, комплексными кислотами и другими соединениями кислотного характера.
Эти реакции позволяют установить наличие алкалоидов даже при незначительном их содержании.
Для проведения реакций алкалоиды из ЛРС извлекают 1-5% раствором соляной или серной кислоты.
Реакции проводят со следующими реактивами:
1) Реактив Майера (раствор дийодида ртути в йодиде калия): HgI2 + 2KI = K2HgI4.
В слабокислых или нейтральных растворах реактив Майера образует с алкалоидами белый или желтоватый осадок.
2) Реактив Драгендорфа (раствор йодида висмута в йодиде калия): BiI3 + KI = KBiI4.
C большинством алкалоидов образуются оранжево-красные или кирпично-красные осадки. Этот реактив часто используют для обработки хроматограмм.
Приготовление реактивов Майера и Драгендорфа изложено в ГФ XI, вып. 1, с. 300.
3) Реактивы Вагнера*, Бушарда* (раствор йода в растворе йодида калия в различных концентрациях):
С алкалоидами образуют бурые осадки.
4) Реактив Марме* (раствор йодида кадмия в растворе йодида калия).
С алкалоидами образует беловатые или желтоватые осадки.
*Примечание. Приготовление реактивов:
Вагнера: 1,27 г йода растворяют в 100 мл 2% водного раствора йодида калия;
Бушарда: 1 г йода растворяют в 50 мл 4% водного раствора йодида калия;
Марме: 10 г йодида кадмия растворяют в 100 мл 20% горячего водного
раствора йодида калия.
С комплексными кислотами:
5) Раствор фосфорно-молибденовой кислоты образует с алкалоидами желтоватые осадки, которые приобретают через некоторое время синее или зеленое окрашивание вследствие восстановления молибденовой кислоты.
6) Раствор фосфорно-вольфрамовой кислоты с алкалоидами образует белые осадки.
7) Раствор кремне-вольфрамовой кислоты осаждает многие алкалоиды в виде белых осадков. Эта реакция используется для ориентировочной количественной оценки содержания алкалоидов по обилию осадка и по числу капель последовательно прибавляемого реактива, необходимого для осаждения алкалоидов.
8) Раствор танина образует с алкалоидами беловатые или желтоватые аморфные осадки.
2. Специфические (цветные) реакции
Специфические реакции служат для обнаружения отдельных алкалоидов или какой- либо группы алкалоидов. Реакции окрашивания обычно проводят с чистыми (индивидуальными) алкалоидами или с очищенной суммой алкалоидов. Эти реакции основаны либо на отнятии воды в присутствии серной кислоты, либо на конденсации с альдегидами в присутствии серной кислоты, поглощающей воду, либо на окислении алкалоидов, также в присутствии концентрированной серной кислоты.
Для обнаружения определенных алкалоидов служат микрокристаллоскопические реакции с пикриновой, пикролоновой и др. кислотами.
Хроматографический анализ
Хроматография на бумаге и в тонком слое сорбента используется как для обнаружения и идентификации алкалоидов, так и для контроля степени очистки и разделения суммы алкалоидов.
Бумажная хроматография
Для БХ чаще используют следующие системы растворителей:
Для обнаружения алкалоидов высушенную хроматограмму обрабатывают реактивом Драгендорфа, появляются оранжевые или оранжево-красные пятна алкалоидов на желтом фоне. Для обнаружения алкалоидов можно использовать пары йода (образуются бурые пятна).
Для обнаружения стероидных алкалоидов можно использовать насыщенный хлороформный раствор треххлористой сурьмы с последующим нагреванием при 105°С. Появляется кирпично-красное окрашивание.
Хроматография в тонком слое сорбента
Хроматографирование проводят на пластинках с закрепленным и незакрепленным слоем сорбента. В качестве сорбента используют оксид алюминия для тонкослойной хроматографии, силикагель марки КСК и др.
Используют следующие системы растворителей:
После высушивания ТС хроматограммы обрабатывают теми же реактивами, что и хроматограммы на бумаге.
Количественное определение алкалоидов в лрс
Весь процесс определения содержания алкалоидов в РС можно разделить на 3 этапа.
1. Извлечение алкалоидов из ЛРС.
2. Очистка полученных извлечений.
3. Определение содержания алкалоидов.
Извлечение алкалоидов из РС. При количественном определении алкалоиды из растительного сырья так же, как и при их выделении, извлекают в виде оснований или солей.
Очистка извлечения достигается поочередным переведением алкалоидов из органического растворителя в воду и наоборот.
Определение содержания алкалоидов можно провести различными методами.
1. Гравиметрическим (аконит).
2. Титриметрическим (проводят прямое или обратное титрование, потенциометрическое титрование).
Этот метод часто используется при количественном определении алкалоидов (тропанового ряда, эфедры, сферофизы, термопсиса, софоры толстоплодной и др.). ГФ ХI (вып. 2, ст. 13) предусмотрено определение алкалоидов в листьях красавки титриметрическим методом (схема 18).
Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГБОУ ВПО СибГМУ Минздравсоцразвития России) ПРОГРАММА итоговой государственной аттестации по специальности 060108 «Фармация» Томск 2010 Составители
Для определения эфирного масла в растительном сырье ГФ XI издания использует метод
перегонки с водяным паром
Содержание арбутина в листьях брусники определяют по ГФ XI
перегонкой с водой
Для количественного определения производных антрацена (антрагликозидов) в лекарственном растительном сырье по ГФ XI издания применяют метод
Стандартизацию сырья подорожника проводят по содержанию
Биологической стандартизации подвергается сырье
Основные действующие вещества элеутерококка колючего
Сердечные гликозиды являются основной группой биологически активных веществ в сырье
Инулин – запасное питательное вещество характерное для растений семейства
Тимол – основной компонент эфирного масла
В склероциях спорыньи содержатся алкалоиды, относящиеся к группе производных
пиридина и пиперидина
Производные азулена содержатся в эфирном масле
Горькие гликозиды являются действующими веществами
Сырьем для промышленного получения каротина являются
цветки календулы лекарственной
плоды рябины обыкновенной
корка плодов цитрусовых
Витамин К содержится в сырье
плодах рябины обыкновенной
траве пастушьей сумки
плодах черемухи обыкновенной
плодах софоры японской
Лекарственным растительным сырьем, содержащем в качестве основного компонента ализарин-2-ксилозилглюкозид ( руберитриновую кислоту), являются
корневища и корни марены красильной
Наличие в растительном сырье алкалоидов можно доказать реакцией с раствором
йода в йодиде калия
дихромата ртути в йодиде калия
основного ацетата свинца
Присутствие слизи в семенах льна можно доказать реакцией с
Присутствие в сырье сапонинов можно доказать реакцией
с раствором гидроксида натрия
с раствором йода в йодиде калия
с раствором танина
Водное извлечение из сырья, содержащего дубильные вещества, дает положительную реакцию с
Фармакопея для обнаружения флавоноидов в растительном сырье использует, в основном, реакцию
комплексообразования с хлоридом железа
комплексообразования с хлоридом алюминия
с пикриновой кислотой
Обильная пена при интенсивном встряхивании водного извлечения из сырья свидетельствует о возможном присутствии
Действующие вещества в сырье крушины обнаруживают
реакцией с раствором алюминия хлорида
реакцией с карбазолом
В горячей воде растворимы, как правило
Антраценпроизводные (в форме гликозидов) по физическим свойствам представляют собой
кристаллические окрашенные вещества, хорошо растворимые в органических растворителях и нерастворимые в воде
аморфные бесцветные вещества, хорошо растворимые в горячей и холодной воде, почти не растворимые в органических растворителях и щелочах
кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, дающие интенсивно окрашенные растворы в присутствии щелочей
бесцветные кристаллические вещества, не растворимые в воде
окрашенные жидкости, хорошо растворимые в органических растворителях
Каротиноиды относятся к витаминам
не растворимым ни в жирах, ни в воде
не растворимым в жирах, но растворимым в спирте
Витамин К относится к производным ряда
Алкалоид берберин относится к производным
Флавоноид рутин относится к производным
Алкалоид атропин относится к производным
Аскорбиновая кислота относится к витаминам ряда