Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny siedlisk roślin leczniczych

Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny
siedlisk roœlin leczniczych
Nr 10/2007homeostazy oksydacyjnej hepatocytów... Fitoterapia przeziêbienia ze szczególnym
Zak³ócenie
Niedociœnienie
uwzglêdnieniem
ortostatyczne
czosnku
The importance of speciation analysis for assessing the habitat
of medicinal plants
mgr farm. Dominika Stawinoga, dr n. farm. Jolanta Kowol, dr n. biol. Maciej Bogunia,
mgr farm. Dominika Dru¿ba, mgr farm. Gabriela Librowska, mgr farm. Aneta Urban
Œl¹ski Uniwesytet Medyczny, Katedra i Zak³ad Toksykologii, ul. Jagielloñska 4, 41-200 Sosnowiec
Kierownik Katedry: prof. dr hab. Jerzy Kwapuliñski
Streszczenie
Pierwiastki, które występują w środowisku mogą
różnić się od siebie właściwościami chemicznymi,
co związane jest z ich różnym stopniem utlenienia
czy też formami w jakich występują w ekosystemie.
Dlatego to, w trakcie analiz istotne staje się nie tylko oznaczenie całkowitej zawartości pierwiastka
w środowisku, lecz także i form w jakich pierwiastek ten występuje. Określenie tych form dostarcza
nam informacji na temat biodostępności pierwiastka, z czym wiąże się wywieranie różnych działań toksykologicznych na środowisko. To właśnie analiza
specjacyjna, która jest cennym źródłem informacji
o zagrożeniu danego ekosystemu przez metale występujące w nim pozwala nam określić biodostępność metali w zależności od chemicznej formy ich
występowania.
Abstract
The chemical elements, which occur in the
environment, can differ from each other in their
chemical properties, that is connected both with
their different degrees of oxidizing and forms they
appear in the ecosystem. Therefore, not only does
determining the total content of the element in the
environment, but also the forms in which it occurs
become an important issue during the analysis. The
determination of these forms gives us information
about bioavailability of the element, which is
connected with various toxicological effects on the
environment. The speciation analysis, which is
a valuable source of information about the threat
to the ecosystem posed by metals occurring in it,
allows us to determine bioavailability of metals
depending on the chemical form in which they
occur.
słowa kluczowe: rośliny lecznicze, specjacja, toksykologia leku roślinnego
key words: medicinal plants, speciation, toxicology
of medicinal plant
Termin specjacja oznacza występowanie tego samego pierwiastka w różnych formach
i postaciach (np. różne stopnie utlenienia, połączenia z różnymi ligandami) w danym preparacie
(może to być woda, gleba, osad, powietrze, tkanki
roślinne lub zwierzęce, żywność, próby biologiczne –
mocz, krew).
Analiza specjacyjna to identyfikacja i oznaczanie
konkretnych form chemicznych występowania pierwiastka w analizowanym materiale.
Bardzo często analizowane pierwiastki występują
w materiale w bardzo małych stężeniach, w nietrwałych formach chemicznych (możliwość przemian), czy
też w postaci związków chemicznych o podobnych
właściwościach [1].
Obecnie wyróżniamy następujące
rodzaje specjacji:
– specjacja szczegółowa – to oznaczenie konkretnych
chemicznych związków danego pierwiastka co pozwala np. na poznanie obiegu pierwiastka w przyrodzie;
– specjacja grupowa – to oznaczenie łącznej zawartości związków o podobnych właściwościach np. pierwiastków na danym stopniu utlenienia (Cr(III),
Cr(IV)) ;
– specjacja operacyjna – polega na określeniu konkretnej operacji analitycznej, która to decyduje
o oznaczeniu lub/i wydzieleniu danej grupy związków;
– specjacja fizyczna – pozwala na rozdział pierwiastFarmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
!
Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny siedlisk roœlin leczniczych
ków występujących w różnych postaciach fizycznych np. forma rozpuszczalna, forma zawiesiny,
forma zaadsorbowana;
– specjacja cytologiczna – pozwala na oznaczenie
zawartości pierwiastka na poziomie komórkowym;
– specjacja funkcjonalna – to oznaczenie związków pierwiastków o określonej aktywności chemicznej lub biologicznej np. określenie przyswajalności
form danego pierwiastka przez rośliny.
Analizę specjacyjną gleby i osadów można przeprowadzić przez ekstrakcję jednokierunkową za pomocą roztworu podobnego do warunków naturalnych,
w którym to składniki z gleby i osadów przechodzą
do roślin i wód (tu można zastosować roztwory o odczynie obojętnym, roztwory kompleksowe lub roztwory o dużej sile jonowej) lub za pomocą serii ekstrakcji (roztwory o rosnącym stężeniu). W ekstrakcji wielostopniowej możemy zastosować kilka różnych
schematów analitycznych.
W czasie wykonywania analizy specjacyjnej można napotkać liczne problemy wpływające na wyniki
oznaczeń. Do nich należą: niejednorodność pobranej
próby, wielkość ziaren, sposób poboru i przechowywanie próby, warunki przeprowadzania ekstrakcji
(skład ekstrahujących roztworów, temperatura) [2].
Nr 10/2007
Zagadnienie analizy soecjacyjnej można rozpatrzeć
na przykładzie gleby pobranej z siedlisk roślin leczniczych na terenie wiejskim pozostającym w zasięgu
emisji komunikacyjnej i z łąki śródleśnej położonej
poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu. Do
analizy specjacyjnej wykorzystano metodę Rudd’a [3],
która polega na zadaniu odważki 1g gleby kolejno
następującymi roztworami: 1M KNO3 (forma wymienna), 0.5M KF (forma zaadsorbowana), 0.1M Na4P2O7
(forma połączeń organicznych), 0.1M EDTA (forma
węglanów), 6M HNO3 (forma siarczków) w proporcji
1:40 pozostawiając otrzymane zawiesiny na 24 godziny, a następnie odwirowano przez 5 min. Ekstrakt
pozostawiono do analizy, a glebę po przemyciu 10ml
wody destylowanej i jej odwirowaniu poddano ekstrakcji kolejnymi roztworami. Otrzymane ekstrakty
zakwaszono do stężenia 1% HNO3. Pozostałość próbki
zalano 5ml stężonego HNO3 i odparowano do sucha
na łaźni piaskowej. Suchą pozostałoś zalano 2ml stężonego HCl i 10ml wody destylowanej i przesączono
do kolbek miarowych o pojemności 50ml i uzupełniono wodą destylowaną do kreski. Zawartość metali
w poszczególnych ekstraktach oznaczono metodą absorbcyjej spektrofotometrii atomowej przy użyciu
spektrofotometru firmy Perkin i Elmer. Otrzymane
ekstrakty pozwoliły wyodrębnić sposób występowa-
Tab.I Występowanie metali w glebie na terenie siedlisk roślin leczniczych w poszczególnych formach chemicznych - teren wiejski pozostający w zasięgu emisji komunikacyjnej [μg/g]
Tab.II Występowanie metali w glebie na terenie siedlisk roślin leczniczych w poszczególnych formach chemicznych - łąka śródleśna położona poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu [μg/g]
!
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
Nr 10/2007
Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny siedlisk roœlin leczniczych
nia metali w formie wymiennej, zaadsorbowanej, wiązanej z materią organiczną, węglanami i siarczkami.
Tabele I i II przedstawiają zawartość 8 metali występujących w formach: wymiennej, zaadsorbowanej,
związanej z materią organiczną, węglanami i siarczkami [tabela I i II].
Rośliny w dużej mierze kumulują metale obecne
w formie biodostępnej w glebie (forma wymienna i adsorbowana). Zawartość tych metali w formie adsorbowalnej i wymiennej wynosiły odpowiednio siedlisko roślin leczniczych na terenie wiejskim pozostające w zasięgu emisji komunikacyjnej ([μg/g] Cd =
2.69, Cr = 0.56, Ni = 0.56, Cu = 28.31, Pb =
73,42, Mn = 11.59, Zn = 58.8, Fe = 204.75) i dla
łąki śródleśnej położonej poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu (([μg/g] Cd = 1.42, Cr = 3.84,
Ni = 3.84, Cu = 27.64, Pb = 14.43, Mn = 15.3,
Zn = 49.74, Fe = 124.13).
Z przedstawionych wyników widać wyraźnie dużo
większą zawartość Pb w glebie w sąsiedztwie terenu
wiejskiego pozostającego w zasięgu emisji komuni-
kacyjnej (73.42 μg/g), podczas gdy na łące śródleśnej wynosiła ona 14.43μg/g.
Wpływ emisji komunikacyjnej na zawartości metali można również obserwować na przykładzie Cd.
Jego zawartość w glebie na terenie wiejskim pozostający w zasięgu emisji komunikacyjnej wynosiła odpowiednio forma wymienna 1.87μg/g, forma zaadsorbowana 0.82 μg/g, a na łące śródleśnej 0.71μg/g
i 0.71μg/g.
Porównując wyniki z obu stanowisk obserwujemy
również większą zawartość Pb i Cd na terenie stanowiska pozostającego w zasięgu emisji komunikacyjnej w formie siarczków, pozostałości i węglanów w stosunku do stanowiska w lesie.
Ilość bezpośrednio biodostępnego Cd jest porównywalna z ilością tego pierwiastka w formach potencjalnie biodostępnych. Zauważamy, że ilość połączeń
organicznych Cd w sąsiedztwie terenu wiejskiego pozostającego w zasięgu emisji komunikacyjnej jest
większa o 0.42 μg/g Cd w porównaniu do ekosystemu leśnego. Z kolei udział węglanów jest podobny
i wynosi 0.82 μg/g Cd. Oznacza to, że w przypadku
Ryc.1 Procentowa zawartość wybranych pierwiastków w poszczególnych formach chemicznych - teren wiejski
pozostający w zasięgu emisji komunikacyjnej [μg/g]
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
!!
Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny siedlisk roœlin leczniczych
obecności kwaśnych deszczy, które często występują
zarówno na terenach uprzemysłowionych jak
i górskich terenach rekreacyjnych np. Beskid Śląski,
Beskid Żywiecki, rzeczywiste ilości biodostępne są
przynajmniej dwu krotnie większe dla roślin leczniczych, co powoduje, że z powodu obecność Cd w roślinie w wyniku ustalonych specyficznych zdolności
do jego kumulowania dany surowiec leczniczy jest
gorszej jakości. Surowiec ten z pewnością nie będzie
spełniał normatywów określonych w Farmakopei Polskiej V, która mówi, że ilość Pb maksymalna może
wynosić 0.1μg/g. Co więcej, może to być powodem
błędów interpretacyjnych, gdyż zawarta wzmianka
w Farmakopei Polskiej sugeruje żeby dopuszczalną
obecność pozostałych metali przeliczyć w stosunku
do Pb, co ze względu na odmienne właściwości toksyczne np. Pb, Cd czy Cr z pewnością jest powodem
wątpliwej oceny jakości surowca leczniczego [4].
W tym miejscu należy się odwołać do głównych wniosków zawartych w pracach Kwapuliński i inni [5],
Wiechuła i inni [6], Iwanek [7], które wyraźnie wskazują na zróżnicowanie zdolności kumulowania po-
Nr 10/2007
szczególnych pierwiastków przez daną roślinę leczniczą. Ilość kumulowanych metali może być różna w zależności od ilości ich formy bezpośrednio biodostępnej lub potencjalnie biodostępnej. Te dwa powyższe
spostrzeżenia wyraźnie potwierdzają, że pozyskiwanie roślin leczniczych dla celów farmaceutycznych powinno być poprzedzone badaniami nad formami występowania metali w glebie na obszarze pozyskiwania
tych roślin [Ryc. 1 i Ryc. 2]
Zaprezentowane diagramy wyraźnie przekonywają, że udział procentowy poszczególnych pierwiastków w wybranych formach chemicznych jest różny
i bardzo znacząco w przypadku form bezpośrednio
biodostępnych rośliny leczniczej. To jest kolejną przesłanką, która uzasadnia konieczność prowadzenia badań specjacyjnych metali w glebach na obszarach przeznaczonych do pozyskiwania roślin leczniczych na
skalę przemysłową. W przypadku tkanek roślin specjacja pozwala przykładowo odróżnić bardziej toksyczne VI wartościowe związki Cr w porównaniu do III
wartościowych. To pozwoli również na właściwą orga-
Ryc.2 Procentowa zawartość wybranych pierwiastków w poszczególnych formach chemicznych - łąka śródleśna poza bezpośrednim oddziaływanie przemysłu [μg/g]
!"
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
Nr 10/2007
Znaczenie analizy specjacyjnej dla oceny siedlisk roœlin leczniczych
nizację zbiorów wybranych gatunków ziół jak i typowania wybranych obszarów dla potrzeb pozyskiwania
roślin leczniczych.
Zatem analiza specjacyjna gleby jest wartościowym
źródłem informacji na temat zagrożenia środowiska
wynikającego z kumulowanych metali w glebie.
Analizując dane zawarte w tabelach I i II wyraźnie
widać, że stanowisko łąka śródleśna położona poza
bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu było by
lepszym obszarem pozyskiwania roślin leczniczych niż
tereny w zasięgu emisji komunikacyjnej.
LITERATURA
1. Niedzielski P., Siepak J.: Oznaczenia specjacyjne
arsenu, antymonu i selenu w wodach, Uniwersytet im. A. Mickiewicza Poznań , 1998, redakcja
Jerzy Siepak Poznań
2. Hulanicki A.: Specjacja w wodach i osadach dennych – tematyka zbieżna, czy rozbieżna?, Uniwersytet im. A. Mickiewicza Poznań , 1998, redakcja
Jerzy Siepak, 7-18
3. Rudd T., Lake D.L., Mehrotra I., i wsp.: Characterization of metal forms in sewage sludge by chemical extraction and progressivr acidification, Sci.
Total Environ., 1988, 74, 149-175
4. Kwapuliński J., Michalewska A., Rochel R., Kowol
J.: Intoksykacja surowców roślin leczniczych metalami ciężkimi w świetle obowiązujących uregulowań ustawodawczych oraz zaleceń WHO, Problemy Ekologii, 2005, vol. 9, nr 4, lipiec-sierpień,
202-204
5. Kwapuliński J., Mirosławski J., Wiechuła D. i wsp:
Metale ciężkie w składzie mineralnym roślin leczniczych, Problemy Ekologii, 1998, 3,101-105
6. Wiechuła D., Kwapuliński J., Loska K.: Zastosowanie specjacji w badaniu biodostępności cynku
w osadach dennych zbiornika „Dziećkowice”, Zeszyty Naukowe Komitetu „Człowiek i Środowisko”
PAN, 2002, 33, 183-188
7. Iwanek K.: Zawartość metali ciężkich w niektórych
roślinach leczniczych i produktach zielarskich, Śląska Akademia Medyczna, 1998, Praca doktorska
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
!#