Минеральные элементы

Растительное сырье и получаемые из него экстракты, соки и другие продукты, используемые в производстве ЛВИ и безалкогольных напитков, являются важными источниками минеральных веществ. Качественный состав и количественное содержание отдельных минеральных элементов в растительном сырье обусловлено видовой специфичностью аккумулировать элементы. В некоторых случаях, например, при экспертизе травы хвоща полевого, минеральный состав облегчает идентификацию продуктов переработки.

Минеральные вещества представлены в растениях макро- и микроэлементами. К числу макроэлементов относятся калий, натрий, кальций, магний, фосфор, железо и хлор; ко вторым – марганец, медь, цинк, йод, кобальт, молибден и др. Содержание макроэлементов в растениях, хотя и колеблется в зависимости от видовой специфичности, характеризуется относительно близкими величинами, в то время как различия в концентрации отдельных микроэлементов настолько велики, что зачастую придает химическую индивидуальность каждому
виду.

В этиологии многих заболеваний существенную роль играют нарушения в организме человека микроэлементного равновесия: установлены корреляции между их дисбалансом и патологическими проявлениями. Видовая специфичность растений по микроэлементному составу и их количественному содержанию представляет существенный интерес как с теоретической точки зрения, так и для использования в практической медицине.

При недостаточности поступления цинка возможны различные аномалии в развитии человека; избыток цинка вызывает развитие анемий. Алкогольдегидрогеназа, присутствующая в печени и других органах и участвующая в первичном механизме детоксикации спиртов, содержит по четыре атома цинка на молекулу, причем цинк выполняет в их составе как каталитическую, так и структурную функции.

Нехватка в организме кобальта приводит к недостаточному синтезу витамина В₁₂ и анемии, отягощению эндемического зоба. Избыток кобальта подавляет синтез того же витамина и тормозит важнейшие энзиматические реакции. Недостаток лития сопутствует маниакально-депрессивным психозам, шизофрении и другим психическим заболеваниям. Дефицит, как и избыток, йода вызывают заболевания щитовидной железы.

Действие микроэлементов может усиливать активность основного действующего начала лекарственных растений. Обогащение лекарственного сырья микроэлементами может осуществляться в условиях культивирования растений. Например, обработка йодом растений наперстянки пурпурной позволяет повысить биологическую активность сырья и одновременно снизить его токсичность.

Существует взаимозависимость между накоплением в растениях определенных групп физиологически активных соединений и концентрированием в них микроэлементов. Так, растения, продуцирующие сердечные гликозиды, избирательно накапливают марганец, молибден и хром; продуцирующие алкалоиды – кобальт, цинк, марганец, реже медь; продуцирующие сапонины – молибден и вольфрам, а терпеноиды – марганец.

Причиной такой специфичной ассимиляции тех или иных химических элементов может быть то, что в центрах происхождения видов за миллионы лет эволюции растения, сменяя друг друга, постепенно приобретали особый состав, отражающий своеобразие минерального состава среды их обитания. Те микроэлементы, которые характеризовались более широкой доступностью на родине видов, неизбежно поступали в них в повышенных количествах. Вследствие этого постепенно вырабатывалась способность растений накапливать эти элементы в определенных сочетаниях и концентрациях. Концентрирование элементов в растениях не могло не привести к усилению синтеза и повышению активности биологических катализаторов – металлозависимых ферментов. В ответ на их активацию неизбежно возрастало количество соединений основного обмена, в образовании которых эти ферменты принимали участие.

В процессе эволюции концентрирование тех или иных элементов у растений могло привести к чрезмерному накоплению некоторых метаболитов основного обмена, которые становились для них токсичными. Именно в ответ на такую ситуацию, по-видимому, и вырабатывалась способность растений к обезвреживанию путем связывания этих излишков в своеобразные продукты, первоначально названные вторичными метаболитами. Большинство рассмотренных ранее физиологически активных соединений и принадлежит к их числу. Поскольку в ходе эволюции происходил отбор соединений, или, точнее, путей биосинтеза, которые давали реальные преимущества в борьбе за существование, в конце концов, это, очевидно, и приводило к закреплению у растений способности к накоплению определенных элементов, с одной стороны, и специфическому типу вторичного метаболизма – с другой.

Необходимо учитывать, что современные представления о роли микроэлементов в обмене по мере развития науки могут существенно меняться. Убедительной иллюстрацией этого является пример цинка. Еще не так давно он считался вредным элементом. Однако сегодня взгляды на роль цинка и его влияние на организм человека сильно изменились. Доказано участие цинка в формировании иммунитета, а также его роль в процессах роста и в нормальном функционировании половых желез. Хотя молекулярные механизмы действия цинка еще далеки от расшифровки, однако доказано существование 24 Zn-зависимых энзимов, которые участвуют во всех основных процессах обмена веществ. Они катализируют биосинтез и метаболизм нуклеиновых кислот, белка, энергообразование, запускают механизм активации витамина А и фолиевой кислоты.

Поскольку роль цинка в обмене так велика, закономерно, что при его дисбалансе возникают тяжелейшие заболевания – карликовость, бесплодие, различные формы анемии, дерматиты, усиление роста опухолей, патология ногтей и волос и т.д. Патологии, связанные с дефицитом цинка, обусловлены его нехваткой в почве, воде, растениях и животных организмах, – то есть в пищевой цепи. Особого внимания заслуживает тот факт, что среди растений имеются виды, избирательно накапливающие цинк. Эти виды могут быть использованы для профилактики цинковой недостаточности. К сверхконцентраторам цинка относятся береза повислая, лавровишня лекарственная, лапчатка прямостоячая, сушеница топяная и некоторые другие растения. Среди растений-концентраторов наибольший интерес представляют фиалка полевая, череда и чистотел. Большинство из перечисленных растений применяются в традиционной медицине при лечении кожных заболеваний различной этиологии, а также в качестве ранозаживляющих средств. Очевидно, что в процессе использования перечисленных растений происходит суммирование действия физиологически активных соединений и цинка, что в конечном итоге повышает фармакологическую активность этих растений.

В жизнедеятельности всех живых организмов большую биологическую роль играет железо. Достаточно сказать, что этот элемент является основным структурным компонентом гемоглобина крови и гемсодержащих ферментов: каталазы, пероксидазы и цитохромоксидазы – главных катализаторов окислительно-восстановительных процессов. Дисбаланс этого элемента приводит к развитию тяжелых анемий и других заболеваний крови. Особенно большое количество этого металла содержится в различных видах алкогольных напитков, которые производятся с использованием железной посуды.

Среди лекарственных растений имеются виды, накапливающие железо в значительных количествах. К ним, в частности, относятся следующие сверхконцентраторы этого элемента: бессмертник итальянский, зайцегуб опьяняющий, марена красильная, рапонтикум сафлоровидный и др.

Наряду с железом, в окислительно-восстановительных процессах организма человека участвует медь: она является кофактором таких важных ферментов, как цитохромоксидаза, полифенол-, ди-, амино- и аскорбиноксидазы. Недаром потребность в меди возрастает при всяком воспалении, закономерно ее применение для лечения артроинфекционного диатеза (терминология Анри Пикара) во всех его проявлениях. К сверхконцентраторам меди относятся вздутоплодник сибирский, лапчатка прямостоячая, лобелия вздутая, марена красильная грузинская, сушеница топяная и чайный куст китайский.

Многие виды лекарственных растений являются концентраторами и сверхконцентраторами такого элемента, как марганец. К первым относится вахта трехлистная, ко вторым – багульник болотный, лапчатка прямостоячая, чайный куст китайский, черника обыкновенная и эвкалипт. Марганцу принадлежит важная роль в жизнедеятельности любой живой клетки: многочисленные реакции углеводного, белкового и фосфорного обмена катализируются ферментами, активируемыми ионами марганца, в их числе карбоксилазы, аминопептидазы, галактотрансферазы, аргиназы, щелочные фосфатазы и т.д. Марганец необходим для нормального функционирования желез внутренней секреции и опорно-двигательного аппарата, его дефицит отрицательно сказывается на стабильности мембран нервных клеток и нервной системы в целом.

Существует предположение, что с возрастом снижается усвояемость марганца, в то время как потребность в нем остается прежней. Вследствие этого возникают предпосылки для развития различных заболеваний у лиц старшего и пожилого возраста, таких как злокачественные новообразования и сердечно-сосудистые заболевания. Для их профилактики и лечения могут быть рекомендованы лекарственные растения, синтезирующие сердечные гликозиды, для которых характерно наличие повышенных доз марганца. Для лиц других возрастных категорий наилучшим источником марганца служит чайный куст китайский (отечественные сорта этого вида).

Отдельные виды растений способны накапливать не один, а несколько элементов одновременно. Например, лапчатка прямостоячая – сверхнакопитель меди и цинка, а лобелия вздутая и марена красильная – меди и железа. Своеобразным рекордистом среди лекарственных растений подобного типа является сушеница топяная – концентратор в сверхдозах одновременно трех элементов – цинка, меди и железа. Эти элементы могут усиливать действие друг друга. Каков механизм таких взаимодействий, до конца не выяснено, однако установлено, что медь необходима для лучшего усвоения железа и она же усиливает действие цинка. Когда необходимо устранить дефицит железа в клинической практике, наряду с железом применяют препараты меди.

Совместное действие цинка и меди, видимо, реализуется на уровне биохимических процессов, приводящих к усилению защитных функций организма. Возможно также, что оно связано с присутствием этих двух элементов в составе супероксиддисмутазы – фермента, нейтрализующего чрезвычайно токсичный анион-радикал кислорода (супероксидный радикал). Очевидно, что одновременное концентрирование в лекарственных растениях цинка, меди и железа повышает фармакологическую ценность этих растений.

К элементам, которые концентрируются лекарственными растениями, относится молибден. Его сверхконцентраторами являются багульник болотный, барвинок малый, горец птичий, жостер слабительный, крапива двудомная и мята перечная. Молибден – кофактор ряда ферментов, таких как альдегиддегидрогеназа, сульфитоксидаза, нитратредуктаза и ксантиноксидаза. Установлено, что этот элемент препятствует развитию кариеса зубов, фиксируя фтор. Для профилактики этого широко распространенного заболевания, очевидно, могут быть использованы лекарственные растения.

Многие лекарственные растения концентрируют кобальт, но только пять видов обладают способностью накапливать его в значительных количествах – кубышка желтая, сушеница топяная, черемуха Маака, черемуха обыкновенная и шиповник собачий. Роль кобальта трудно переоценить: он участвует в обмене жирных кислот и фолиевой кислоты, а также в углеводном обмене, в процессе кроветворения. Поэтому кобальт – единственный элемент, который может накапливаться в организме человека впрок на семь лет вперед. Лучшим источником кобальта для коррекции его дисбаланса является шиповник.

Среди лекарственных растений обнаружены концентраторы и сверхконцентраторы никеля. К сверхконцентраторам этого элемента относятся дынное дерево, красавка (белладонна), мачок желтый, пустырник сердечный, страстоцвет мясокрасный и термопсис ланцетовидный. Установлено, что некоторые ферменты, связанные с расщеплением и использованием глюкозы, активизируются этим элементом, поэтому при увеличении потребления сахара потребность в никеле возрастает.

Растений, концентрирующих хром, немного. Наиболее ценным считается диоскорея японская. Суммарный препарат «Полиспонин», полученный на ее основе, обладает выраженным противосклеротическим действием и рекомендован как профилактическое средство от атеросклероза. В этом виде диоскореи, очевидно, имеет место суммирование фармакологической активности тритерпеновых сапонинов и хрома вследствие однонаправленного характера их действия на организм человека. Единственный сверхконцентратор хрома – лобелия вздутая – для коррекции дефицита этого элемента у человека пока не нашла применения.

В числе растений выделяется многочисленная группа сверхконцентраторов стронция, в частности, анис обыкновенный, бадан толстолистный, брусника обыкновенная, горец змеиный, дуб обыкновенный, жостер слабительный, кровохлебка лекарственная и др. Стронций связан с обменом важнейшего макроэлемента – кальция, выполняет аналогичные ему функции, используется при лечении остеопорозов, препятствует кариесу зубов и т.д. По данным зарубежных специалистов, в зонах стронциевой недостаточности потребление этого элемента с пищей намного меньше оптимального уровня, а для лиц пожилого возраста и при переломах он особенно необходим. Использование растений-сверхконцентраторов стронция для коррекции его нарушенного равновесия, очевидно, может стать перспективным.

В последние годы появляется все больше сообщений о важной биологической роли селена. Селен существенно влияет на состояние сердечно-сосудистой системы, в определенных дозах он обладает противораковой активностью. Молекулярные механизмы действия селена не расшифрованы, возможно, что совместно с витамином Е этот элемент стимулирует образование антител и тем самым повышает иммунитет организма. Кроме того, под его контролем находится образование красных кровяных телец. Нормы потребления селена невелики и составляют 150…200 мкг ежедневно, однако в России много регионов с явным дефицитом этого элемента, который проявляется медленно и постепенно.

К концентраторам селена относится около 30 видов растений, в том числе такие как чистотел большой, земляника лесная, ромашка аптечная, шиповник, солодка голая, боярышник кроваво-красный и др. В повышенных количествах селен концентрируют мать-и-мачеха,
лимонник китайский, смородина черная, укроп огородный, родиола розовая и некоторые другие виды.

Необходимо отметить, что характер действия микроэлементов на организм человека далеко не всегда аналогичен характеру действия присутствующих в этих растениях ФАВ. Напротив, имеется довольно много видов растений, активность ФАВ которых не совпадает с фармакологическим действием концентрируемых микроэлементов. Примером такого несовпадения могут служить плоды черемухи обыкновенной, содержащие дубильные вещества и применяемые в качестве вяжущего средства, но одновременно накапливающие кобальт, играющий важную роль в процессах кроветворения. Разноплановость действия ФАВ и концентрируемого элемента в данном случае очевидна, однако это мало учитывается при использовании препаратов черемухи.

Совокупность приведенных данных о концентрировании тех или иных минеральных элементов растениями позволяет увидеть новый аспект их практического применения растительного сырья, что будет способствовать более глубокому познанию уже известных, а также выявлению новых полезных свойств у этих видов.

Список литературы к разделу 8

1. Тутельян, В.А. Микронутриенты в питании здорового и больного человека: справочное руководство по витаминам и минеральным веществам; руководство для последипломного образования врачей / В.А. Тутельян [и др.]. – М.: Колос, 2002. – 29 с.

2. Щербаков, В.Г. Биохимия: учебник для вузов / В.Г. Щер-баков [и др.]. – СПб.: ГИОРД, 2003. – 440 с.

3. Позняковский, В.М. Гигиенические основы питания, качество и безопасность пищевых продуктов: учебник для вузов /
В.М. Позняковский. – Нсб.: Сиб. унив. изд-во, 2004. – 556 с.

4. Тутельян, В.А. Биологически активные добавки в питании человека: учебник для последипломного образования врачей / В.А. Ту-тельян [и др.]. – Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 1999. – 38 с.

5. Березов, Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Ко-ровкин. – М.: Медицина, 2002. – 704 с.

6. Комов, В.П. Биохимия: учебник для вузов / В.П. Комов,
В.Н. Шведова. – М.: Дрофа, 2004. – 638 с.

7. Жеребцов, Н.А. Биохимия: учебник для вузов / Н.А. Жеребцов, Т.Н. Попова, В.Г. Артюхов. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002. – 696 с.