Изучение лекарственных растений
Еще в начале XVI в. была установлена важная истина: лечебные свойства каждого растения определяются его химическим составом, т. е. наличием в нем тех или иных веществ, оказывающих определенное воздействие на организм человека.
В результате анализа многочисленных фактов удалось выявить определенные фармакологические свойства и спектр терапевтического действия многих групп химических соединений, называемых действующими веществами.
Важнейшие из них - алкалоиды, гликозиды сердечного действия, тритерпеновые гликозиды (сапонины), флавоноиды (и другие фенольные соединения), кумарины, хиноны, ксангоны, сесквитерпеновые лактоны, лигнаны, аминокислоты, полисахариды и некоторые другие соединения.
Например, противовирусной активностью обладают лишь некоторые группы флавоноидов, ксантонов, алкалоидов, терпеноидов и спиртов; противоопухолевой - некоторые алкалоиды, цианиды, тритерпеновые кетоны, дитерпеноиды, полисахариды, фенольные соединения и др. Полифенольным соединениям свойственна гипотензивная, спазмолитическая, противоязвенная, желчегонная и бактерицидная активность.
Многие классы химических соединений и индивидуальные химические вещества обладают строго определенным и довольно ограниченным спектром медико-биологической активности. Другие же, обычно очень обширные классы, например алкалоиды, имеют очень широкий, разнообразный спектр действия.
Такие соединения заслуживают разностороннего медико-биологического изучения и прежде всего в интересующих нас направлениях, рекомендуемых эмпирической медициной. Успехи аналитической химии позволили разработать несложные и быстрые методы (экспресс-методы) выявления в лекарственных растениях нужных нам классов (групп) химических соединений и отдельных химических веществ.
В результате этого возник и широко внедрился в практику поисковых работ метод массовых химических анализов, иначе называемый химическим скринингом (от английского слова screening - просеивание, сортировка через решето). Нередко он практикуется для поиска нужных химических соединений путем анализа всех растений исследуемого района.
Метод химического скрининга
Метод химического скрининга в сочетании с данными об использовании растения в эмпирической медицине и с учетом его систематического положения дает наиболее эффективные результаты.
Опыт говорит о том, что почти все растения, используемые в эмпирической медицине, содержат известные нам классы биологически активных соединений. Поэтому поиск нужных нам веществ прежде всего, следует целенаправленно вести среди растений, чем-либо обнаруживших свою фармакологическую или химиотерапевтическую активность.
Экспресс-метод может сочетаться с предварительным отбором перспективных видов, разновидностей и популяций в результате их органолептической оценки и анализа этноботанических данных, косвенно свидетельствующих о наличии в растении интересующих нас веществ.
Подобный метод отбора широко использовал академик Н. И. Вавилов при оценке качества исходного материала различных полезных растений, привлекаемых для селекционно-генетических исследований. В годы первых пятилеток таким путем проводились поиски во флоре СССР новых каучуконосных растений.
Обследование более 1400 видов растений позволило академику А. П. Орехову и его ученикам к 19G0 г. описать около 100 новых алкалоидов и организовать в СССР производство тех из них, которые необходимы для медицинских целей и борьбы с сельскохозяйственными вредителями.
Институт химии растительных веществ АН Узбекской ССР обследовал около 4000 видов растений, выявил 415 алкалоидов, впервые установил строение 206 из них. Экспедициями ВИЛР обследовано 1498 видов растений Кавказа, 1026 видов Дальнего Востока, многие растения Средней Азии, Сибири, европейской части СССР.
Только на Дальнем Востоке обнаружено 417 алкалоидо-носных растений, в их числе секуринега полукустарниковая, содержащая новый алкалоид секуринин - средство стрихниноподобного действия. К концу 1967 г. во всем мире было описано и установлена структура 4349 алкалоидов.
Следующий этап поиска - углубленная разносторонняя оценка фармакологической, химиотерапевтической и противоопухолевой активности выделенных индивидуальных веществ или содержащих их суммарных препаратов. Надо отметить, что в целом по стране и в мировом масштабе химические исследования значительно опережают возможности глубокой медико-биологической апробации новых химических соединений, выявленных в растениях.
В настоящее время установлена структура 12 000 индивидуальных соединений, выделенных из растений, к сожалению, многие из них еще не подвергались медико-биологическому изучению.
Из всех классов, химических соединений наибольшее значение, безусловно, имеют алкалоиды; 100 из них рекомендованы как важные медицинские средства, например, атропин, берберин, кодеин, кокаин, кофеин, морфин, папаверин, пилокарпин, платифиллин, резерпин, сальсолин, секуренин, стрихнин, хинин, цитизин, эфедрин и др.
Большинство этих препаратов получено в результате поисков, в основе которых лежал химический скрининг. Однако настораживает одностороннее развитие этого метода, во многих институтах и лабораториях низведенного до поисков лишь алкалоидоносных растений.
Нельзя забывать о том, что, помимо алкалоидов, ежегодно выявляются новые биологически активные растительные вещества, относящиеся к другим классам химических соединений. Если до 1956 г. была известна структура лишь 2669 природных соединений из растений, не относящихся к алкалоидам, то в последующие 5 лет (1957-1961 гг.) в растениях было найдено еще 1754 индивидуальных органических вещества.
Сейчас число химических веществ с установленной структурой достигает 7000, что вместе с алкалоидами составляет свыше 12 000 растительных веществ. Химический скрининг медленно выходит из «алкалоидного периода».
Из 70 групп и классов растительных веществ, известных в настоящее время (Karrer et. al., 1977 г.), он проводится лишь в 10 классах соединений, ибо отсутствуют надежные и быстрые экспресс-методы установления наличия в растительном сырье других соединений. Вовлечение в химический скрининг новых классов биологически активных соединений - важный резерв повышения темпов и эффективности поиска новых лекарств из растений.
Очень важна разработка методов быстрого поиска отдельных химических веществ, например, берберина, рутина, аскорбиновой кислоты, морфина, цитизина и др. Наибольший интерес при создании новых лечебных препаратов представляют вторичные соединения, или так называемые вещества специфического биосинтеза. Многие из них обладают широким спектром биологической активности.
Например, алкалоиды разрешены для применения в медицинской практике в качестве аналептиков, болеутоляющих, седативных, гипотензивных, отхаркивающих, желчегонных, спазмолитических, маточных, тонизирующих центральную нервную систему и адреналиноподобных препаратов.
Флавоноиды способны укреплять стенки капилляров, понижать тонус гладкой мускулатуры кишечника, стимулировать секрецию желчи, повышать обезвреживающую функцию печени, некоторым из них присуще спазмолитическое, кардиотоническое и противоопухолевое действие. Многие полифенольные соединения используют как гипотензивные, спазмолитические, противоязвенные, желчегонные и антибактериальные средства.
Противоопухолевая активность отмечена у цианидов (например, содержащихся в семенах персика и др.), тритерпеновых кетонов, дитерпеноидов, полисахаридов, алкалоидов, фенольных и других соединений. Все больше препаратов создают из сердечных гликозидов, аминокислот, спиртов, кумаринов. полисахаридов, альдегидов, сесквитерпеновых лактонов, стероидных соединений.
Нередко медицинское применение находят уже давно известные химические вещества, у которых лишь недавно удалось обнаружить ту или иную медико-биологическую активность и разработать рациональный метод изготовления препаратов. Химический скрининг позволяет не только наметить новые перспективные для изучения объекты, но и :
- выявить корреляции между систематическим положением растения, его химическим составом и медико-биологической активностью;
- выяснить географические и экологические факторы, способствующие или препятствующие накоплению в растениях тех или иных действующих веществ;
- определить значение биологически активных веществ для производящих их растений;
- выявить у растений химические расы, наследственно отличающиеся друг от друга наличием тех или иных действующих веществ.
Все это может быть использовано при выборе путей управления процессами, протекающими в растении.
Наличие быстрых, дешевых и вместе с тем достаточно точных экспресс-методов делает соблазнительным срочное проведение работ по тотальной оценке всех растений флоры СССР и всего мира на наличие в них алкалоидов, тритерпеновых и стероидных сапонинов, хинонов, флавоноидов, сердечных гликозидов, таннидов и других основных классов действующих веществ.
Это позволило бы быстро выбраковать малоперспективные виды, не содержащие биологически активных веществ или содержащие их в небольших количествах.
Исследование органов растений
Разные органы растения нередко различаются не только количественным содержанием действующих веществ, но и их качественным составом.
Например, алкалоид синоменин содержится лишь в траве луносемянника даурского, а цитизин - лишь в плодах термопсиса ланцетовидного, отсутствуя в его наземных частях до окончания цветения растений, в то время как у термопсиса очередноцветкового цитизин в большом количестве содержится в надземных частях во все фазы развития растения.
Именно поэтому для получения полной картины химического состава каждого растения нужно сделать анализ не менее четырех его органов: подземных (корни, корневища, луковицы, клубни), листьев и стеблей (у трав листья всегда богаче действующими веществами, чем стебли), цветков (или соцветий), плодов и семян.
У древесно-кустарниковых растений действующие вещества часто накапливаются в коре стеблей (и корней), а иногда лишь во всходах, некоторых частях цветка, плода и семени.
Например, алкалоид триакантин содержится в значительных количествах только в распускающихся листьях гледичии трехколючковой, в то время как в другие фазы развития во всех органах этого растения он практически отсутствует.
Таким образом, несложно подсчитать, что для выявления, например, только полного списка алкалоидоносных растений флоры СССР, насчитывающей около 20 000 видов, нужно сделать не менее 160 000 анализов (20 000 видов X 4 органа X 2 фазы развития), что потребует около 8000 дней работы 1 лаборанта-аналитика.
Примерно столько же времени нужно затратить, чтобы определить наличие или отсутствие во всех растениях флоры СССР флавоноидов, кумаринов, сердечных гликозидов, таннидов, полисахаридов, тритерпеновых гликозидов и каждого другого класса химических соединений, если проводить анализы без предварительной выбраковки растений по тем или иным соображениям.
Кроме того, одинаковые органы в той же фазе развития растения в одном районе могут иметь нужные действующие вещества, а в другом районе - не иметь их. Помимо географических и экологических факторов (влияние температуры, влажности, инсоляции и др.), здесь может сказаться наличие у данного растения особых химических рас, совершенно не различимых по морфологическим признакам.
Все это очень усложняет задачу и, казалось бы, делает перспективы окончания предварительной химической оценки флоры СССР, а тем более всего земного шара весьма отдаленными.
Однако знание определенных закономерностей позволяет значительно упростить эту работу. Во-первых, совершенно не обязательно исследовать все органы во все фазы развития. Достаточно анализировать каждый орган в оптимальную фазу, когда он содержит наибольшее количество исследуемого вещества.
Например, предыдущими исследованиями установлено, что листья и стебли наиболее богаты алкалоидами в фазу бутонизации, кора - в период весеннего сокодвижения, а цветки - в фазу их полного распускания.
Плоды и семена, правда, могут содержать разные алкалоиды и в разном количестве в зрелом и незрелом состоянии, и поэтому по возможности их надо исследовать дважды. Знание этих закономерностей значительно упрощает работы по предварительной химической оценке растений.
Сплошное обследование всех видов - способ действенный, но все же это работа вслепую! Можно ли, не проводя даже простейшего химического анализа, отличить группы растений, предположительно содержащие тот или иной класс химических соединений, от заведомо не содержащих этих веществ?
Иными словами, можно ли на глаз определить химический состав растений? Как будет сказано в следующем разделе нашей брошюры, в общих чертах на этот вопрос мы можем ответить положительно.