Metody ustalania rzeczywistej intoksykacji roślin leczniczych

Metody ustalania rzeczywistej intoksykacji
roœlin leczniczych metalami toksycznymi
Nr 10/2007homeostazy oksydacyjnej hepatocytów...
Zak³ócenie
Niedociœnienie ortostatyczne
The methods of determining the actual intoxication of medicinal plants
with toxic metals.
mgr farm. Dominika Stawinoga, dr n. farm Jolanta Kowol, dr n. biol. Maciej Bogunia,
mgr farm. Dominika Dru¿ba, mgr farm Aneta Urban, mgr farm. Hanna Librowska
Œl¹ski Uniwesytet Medyczny, Katedra i Zak³ad Toksykologii, ul. Jagielloñska 4, 41-200 Sosnowiec
Kierownik Katedry: prof. dr hab. Jerzy Kwapuliñski
Streszczenie
Rośliny lecznicze posiadają właściwości przyswajania związków zawartych w glebie i zdolność do
kumulowania wielu metali, w tym również metali
toksycznych np. Pb, Ni, Cd, Hg. Wraz z rośliną
związki te dostają się do organizmu człowieka. Może
nawet dochodzić do wtórnej intoksykacji organizmu,
gdyż leczenie ziołami jest procesem długotrwałym.
Dlatego to bardzo ważne jest wyznaczenie obszarów pozwalających na pozyskiwanie roślin leczniczych w jak najmniejszym stopniu narażonych na
występowanie metali. Do scharakteryzowania roślin
i terenów ich pozyskiwania można wykorzystać informacje analizy specjacyjnej gleby oraz wyznaczone współczynniki ekotoksykologiczne.
Abstract
Medicinal plants have the properties of
assimilating compounds contained in soil, and the
ability of accumulating many metals, including toxic
ones, such as Pb, Ni, Cd, Hg. These compounds
get to the human body along with the plant. The
secondary intoxication of the organism may be
a possible result, because herb treatment is a longlasting process. Therefore, very important issue is
to determine areas which allow to acquire the
medicinal plants that are exposed to these metals
to the smallest extent. The results of speciation
analysis of soil and ecotoxicological indicators can
be used for characterizing plants and the areas of
acquiring them.
słowa kluczowe: intoksykacja, rośliny lecznicze,
metale
key words: intoxication, medicinal plant, metals,
Zagadnienie rozpatrzono na przykładzie następujących gatunków roślin leczniczych: wrotycz pospolity (Tanacetum vulgare), mniszek pospolity (Taraxacum officinale), babka lancetowata (Plantago lanceolata), pokrzywa zwyczajna (Urtica dioica), skrzyp polny
(Equisetum arvense), dziurawiec zwyczajny (Hypericum
perforatum), krwawnik pospolity (Achillea millefolium),
pięciornik gęsi (Potentilla anserina), malina właściwa
(Rubus ideus), nostrzyk żółty (Melilotus officinalis)
zebranych na terenie wiejskim pozostającym w zasięgu emisji komunikacyjnej i z terenu poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu. Poszczególne części
roślin, po wysuszeniu w warunkach naturalnych, rozdrobiono w moździerzu porcelanowym. Z tak przygotowanego surowca odważono po 1g i poddano mineralizacji na mokro mineralizatorem typu M9.
W pierwszym etapie mineralizacji próby traktowano
2ml stężonego HNO3 (65%) spektralnie czystego,
a następnie przez 2 godziny odparowywano w temp.
150oC. W drugim etapie pozostałość zadano mieszaniną 1ml stężonego HCl04 (70%) i 2ml stężonego
HNO3 (65%) spektralnie czystego, prowadząc proces mineralizacji przez następne 2 godziny w temp.
250oC. Po ostudzeniu mineralizat przeniesiono ilościowo do kolby miarowej o pojemności 25ml i uzupełniono wodą destylowaną do kreski. Analizie poddano klarowny roztwór. Zawartość metali w kolejnych
próbach oznaczono przy użyciu spektrofotometru
absorpcji atomowej PU 9100X, firmy Pye Unicam.
Zgodnie z poprawną interpretacją wyników ilustrujących migrację metali z gleby do roślin zarówno poprzez system korzeniowy jak i tzw. nawożenie dolistne zasadne jest przeprowadzenie analizy specjacyjnej,
która pozwoli określić formy bezpośrednie i pośrednie biodostępne roślin. Bardzo często taką częścią jest
korzeń: mniszek pospolity (Taraxacum officinale) lub
liście: babka lancetowata (Plantago lanceolata), malina właściwa (Rubus ideus), mniszek pospolity (TaraFarmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
%
Metody ustalania rzeczywistej intoksykacji roœlin leczniczych metalami toksycznymi
xacum officinale), pokrzywa zwyczajna (Urtica dioica).
Zasady analizy specjacyjnej opisano w pracy Rudd’a
[1].Analiza specjacyjna polega na identyfikacji i ilościowym oznaczeniu różnych form i postaci tego samego pierwiastka. Formy i postacie w jakich występuje dany pierwiastek mogą wpływać na właściwości chemiczne pierwiastka, m. innymi na jego biodostępność. W przypadku analizy gleby określamy występowanie pierwiastków w formach: wymiennej za-
adsorbowanej, połączeń organicznych, węglanów,
siarczków i jako pozostałość organiczna [2]. Przedstawienie pierwiastków w tych formach pozwala na
poznanie mechanizmów rzeczywistych wpływów
i stopnia narażenia jakim poddane są rośliny. Rośliny
w pierwszej kolejności wykorzystują zasoby poszczególnych pierwiastków występujących w formie wymiennej i adsorbowanej i to ich stężenie wpływa
głównie na stopień intoksykacji surowca zielarskiego
Tab.I Współczynnik fitokumulacji – stanowisko na terenie wiejskim pozostające w zasięgu emisji komunikacyjnej – liść/forma specjacyjna
Tab.II Współczynnik fitokumulacji - stanowisko łąka śródleśna położona poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu - liść/forma specjacyjna
Tab.III Współczynnik wzbogacenia metali dla liści wybranych gatunków roślin leczniczych
&
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
Nr 10/2007
Nr 10/2007
Metody ustalania rzeczywistej intoksykacji roœlin leczniczych metalami toksycznymi
poprzez system korzeniowy oraz nawożenie dolistne.
Problem oceny stopnia kumulacji roślin leczniczych był już podejmowany przez szereg autorów.
Wykorzystywano w tym celu zarówno współczynniki
ekotoksykologiczne [3] jak i najnowsze metody matematyczno – statystyczne, do których należą m. in.
metoda podobieństwa grupowego [4]. Obecnie podstawowymi pracami stanowiącymi pewien układ odniesienia w zakresie względnej kumulacji roślin leczniczych wielu metalami są prace Kwapuliński i inni[5],
Iwanek i inni [6].
Kolejnymi czynnikami wykorzystywanymi w ocenie intoksykacji roślin leczniczych są współczynniki
ekotoksykologiczne. Pozwalają one na właściwy opis
skutków intoksykacji gleby i selektywnej kumulacji
wybranych metali przez niektóre rośliny.
Pierwszy z nich to współczynnik fitokumulacji. Jest
to iloraz zawartości danego metalu w roślinie i glebie. Jest on coraz powszechniej wykorzystywany do
oceny stopnia kumulacji metali. Obrazuje on przeciętne zdolności kumulowania poszczególnych metali z gleby występujących w danych 6 formach chemicznych. Jego wartość większa od 1 świadczy o dużym obciążeniu rośliny danym metalem [7]. Przykładowe wartości współczynnika fitokumulacji przedstawiono dla stanowisk wyznaczonych na terenie
wiejskim pozostającym w zasięgu emisji komunikacyjnej i z łąki śródleśnej położonej poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu [tabela I i tabela II].
Analiza obliczeń obrazuje, że zdolność kumulacji
biodostępnych form jest różna i zależy od rodzaju
pierwiastków. Wśród pierwiastków badane gatunki
w selektywny sposób gromadziły Fe i Mn, w drugiej
kolejności Cr, Ni i Zn.
Kolejny to współczynnik wzbogacenia, który opisuje proces migracji metali z gleby do rośliny w stosunku do pierwiastka odnośnikowego. Jako pierwiastek odnośnikowy przyjmuje się pierwiastek o małej
zmienności występowania, który w danym środowisku występuje w wartości śladowej. Może zostać zastosowany także pierwiastek charakterystyczny geochemicznie, który występuje w dużej ilości w danym
środowisku, lecz nie charakteryzuje się żadnymi efektami (synergizm, antagonizm) w stosunku do pierwiastka badanego. Jako odnośnikowe stosuje się najczęściej: Mn, Sc, Al., Ti i Ni. Współczynnik wzbogacenia charakteryzuje proces kumulacji w okresie wegetacji, nawiązuje także do charakterystyki geochemicznej podłoża [7]. Pozwala on na odzwierciedlenie rzeczywistego poziomu biodostępności poszczególnych
metali w odniesieniu do określonego obszaru i gatunku roślin. [tabela III]
Największe wartości współczynnika wzbogacenia
w liściach roślin dotyczyły Cu i Zn z łąki śródlądowej
oraz Mn na całym terenie badań.
Współczynnik specyficznej kumulacji (WSK) charakteryzuje drogę i specyfikę pobierania pierwiastków
przez rośliny danego gatunku. Przedstawia się go jako
stosunek zawartości pierwiastka w danej roślinie do
jego średniej zawartości w innych gatunkach występujących na tym samym terenie. Współczynnik ten
w sposób głębszy obrazuje problem kumulacji metali gdyż przedstawia to zjawisko w odniesieniu do kumulacji w pozostałych gatunkach roślin występujących na tym samym terenie [tabela IV] [7].
Na podstawie współczynnika specyficznej kumulacji można zaobserwować, że największa ilość Cd
ulega kumulacji w korzeniu pięciornika (1.70), a naj-
Tab.IV Współczynnik
specyficznej kumulacji
dla korzeni wybranych
gatunków roślin leczniczych zebranych z terenów wiejskich pozostających w zasięgu emisji
komunikacyjnej i terenów położonych poza
bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
'
Metody ustalania rzeczywistej intoksykacji roœlin leczniczych metalami toksycznymi
mniejsza w korzeniu pokrzywy (0.49). Porównując
zawartość Pb zauważamy, że duża jego ilość znajduje
się w korzeniu babki (1.61).
Kolejnym parametrem ekotoksykologicznym dobrze charakteryzującym stopień zanieczyszczenia danym metalem ekosystemu jest wskaźnik koncentracji
względnej przedstawiany jako stosunek różnicy średniej geometrycznej zawartości metalu w poszczególnych częściach morfologicznych danego gatunku leczniczego i średniej geometrycznej zawartości danego
metalu w poszczególnych częściach morfologicznych
wszystkich badanych gatunków leczniczych do średniej geometrycznej zawartości danego metalu w po-
Nr 10/2007
szczególnych częściach morfologicznych wszystkich
badanych gatunków leczniczych [7]. Pozwala on na
wskazanie terenów o większej lub mniejszej biodostępności danego pierwiastka, również toksycznego
[tabela V].
W liściach największa koncentracją odznaczał się
odpowiednio: Mn (550.44) w malinie, Na (271.88)
w babce, Zn (213.66) we wrotyczu i Na (155.65)
w dziurawcu. Mniejsza koncentracja wystąpiła
w dziurawcu dla Fe (129.55), w malinie dla Ni
(107.38), we wrotyczu dla Mn (73.99) i Ni (63.78).
Największa kumulacja dla Pb wystąpiła w dziurawcu
(12.87) i we wrotyczu (12.71).
Tab.V Wskaźnik koncentracji względnej liści roślin rosnących na terenach wiejskich pozostających w zasięgu
emisji komunikacyjnej i terenach położonych poza bezpośrednim oddziaływaniem przemysłu
PIŒMIENNICTWO
1. Rudd’a ., 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
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. Kowol J., Wiechuła D., Kwapuliński J., Mirosławski J. i wsp.: Zastosowanie współczynników chemotoksykologicznych w ocenie stopnia kontaminacji roślin leczniczych metalami, Bro mat.Chem.Toksykol.- Suplement, 2005, 283 - 286
4. Bogunia M., Kwapuliński J., Kowol J.: Wykorzy-
!
Farmaceutyczny
Przegl¹d Naukowy
stanie metody podobieństwa grupowego do analizy rodzajów współzależności między metalami
w roślinach leczniczych, Bromat.Chem.Toksykol.Suplement, 2005, 279 - 282
5. Kwapuliński J., Mirosławski J., Wiechula D. i wsp.:
Metale ciężkie w składzie mineralnym roślin leczniczych, Problemy Ekologii, 1998, 3, 101-105
6. Iwanek K., Bednarek M., Kowol J. i wsp.: Rośliny
lecznicze jako źródło metali ciężkich, Problemy
Ekologii, 1997,5,160-165
7. Kwapuliński J., Kowol J., Bogunia M. i wsp.: Ekotoksykologia wybranych roślin leczniczych z obszaru Ziemi Cieszyńskiej, Problemy Ekologii,
2002,vol 6, nr 3, maj – czerwiec, 137 - 145