Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

THE CONTENT OF CHEMICAL ELEMENTS IN YARROW (ACHILLEA MILLEFOLIUM L.)

Siromlya T.I. 1 Myadelets M.A. 1
1 Institute of Soil Science and Agrochemistry of SB RAS
Проведена сравнительная оценка элементного химического состава Achillea millefolium L. различных природно-климатических зон и регионов, отличающихся степенью техногенной нагрузки. Исследователями используются методы атомно-абсорбционной, атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии, рентгенофлуоресцентного и полярографического анализа и др. Нормативные документы, определяющие предельно допустимые концентрации химических элементов в лекарственном растительном сырье, в настоящее время не разработаны; обычно применяются СанПиН для продовольственного сырья и пищевых продуктов. Выявить влияние условий обитания, уровня техногенного воздействия и других факторов на содержание ХЭ по литературным данным оказалось невозможно.
Comparative evaluation of elemental chemical composition of Achillea millefolium L. in different natural-climatic zones and regions that differ in degree of anthropogenic load. Different researchers use methods of atomic absorption, atomic emission and mass spectrometry, x-ray fluorescence and polarographic analysis and other. Regulatory documents defining the maximum permissible concentration of chemical elements in medicinal plant raw material, is still not developed, usually used SanPin on food raw materials and food products. To determine the influence of habitat conditions, the level of anthropogenic impact and other factors on the content of chemical elements according to the literature data was impossible.
chemical elements.
Achillea millefolium L.

Элементный химический состав является важной характеристикой растений, использующихся в качестве лекарственного растительного сырья (ЛРС). Количество каждого из химических элементов (ХЭ) определяется сложным сочетанием нескольких факторов [1, 12, 13 и др.]. Исследование ЛРС, собранного в разных природно-климатических условиях и различных по техногенной нагрузке регионах, актуально в области рационального и экологически безопасного использования растительных ресурсов.

Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.) - травянистый многолетник, ксеромезофит. Неприхотлив к различным климатическим условиям и имеет евроазиатский ареал распространения, в равной степени характерен как для естественной флоры, так и для рудеральной [13, 17, 20 и др.]. Является одним из известных лекарственных растений, применяется как в научной, так и в народной медицине. Обладает широким спектром фармакологических эффектов, проявляющихся на пищеварительной, сердечно-сосудистой, нервной и репродуктивной системах [35, 36 и др.].

Цель данного исследования - сравнение содержания химических элементов в растениях Ach. millefolium различных природно-климатических зон и регионов, отличающихся степенью техногенной нагрузки.

Оценка элементного химического состава проведена на основе собственных исследований (Новосибирская область), а также анализа литературных данных о содержании ХЭ в растениях Ach. millefolium (Алтайский и Красноярский край, Брянская, Калужская, Кемеровская, Московская, Оренбургская, Пермская области, Австрия, Польша, Сербия Югославия). Для определения содержания ХЭ используются атомно-абсорбционная [5-8, 14, 21, 24, 25, 28, 33, 37, 38 и др.], атомно-эмиссионная [16, 21, 30, 39 и др.] и масс-спектрометрия [14, 39], рентгенофлуоресцентный [3, 22, 31, 32 и др.], полярографический [26] и фотоэлектроколориметрический [26] анализ и т.д. В таблице 1 представлено содержание наиболее часто исследуемых ХЭ, в таблице 2 - содержание редко исследуемых ХЭ, в таблице 3 - макроэлементов. Во многих работах спектр исследуемых ХЭ значительно меньше - авторы определяют содержание наиболее «опасных» Pb и Cd, реже - Zn (табл. 4).

As и Hg в ЛРС обычно находятся в следовых количествах или ниже предела обнаружения [6-10, 14, 33]. Однако As в значительных концентрациях (как и многие другие ХЭ) обнаружен в Ach. millefolium Брянской области - 1,0-1,4 мг/кг [22], 8,8-10,5 мг/кг [31, 32], а также в других лекарственных растениях региона. Высокие соотношения Cr/Ni позволяют сделать предположение о значительной запыленности ЛРС [29], однако отсутствие сведений о зольности и содержании нерастворимого остатка золы (не только в данной, но и во многих других работах) не позволяет этого проверить. В исследованиях [31, 32] также привлекают внимание очень низкие значения ошибок среднего содержания при значительном диапазоне варьирования - например, содержание Ti 71±2,9 при варьировании 0-289,5 мг/кг, Pb - 17±2 при варьировании 2,2-25,9 мг/кг и т.д.

В статье А.И. Попова [21] приводится содержание 30 ХЭ в растениях и почвах Кемеровской области. Вероятно, здесь завышены средние значения содержания ХЭ, так как очень высокие коэффициенты вариации - зачастую более 100 % - указывают на анормальный характер распределения ХЭ в выборке либо на наличие в ней отдельных проб с большим содержанием ХЭ. Максимальные значения очень высокие - возможно, часть проб была отобрана на территориях, испытывающих значительную техногенную нагрузку (что характерно для региона [11, 34]). Подробные результаты математической обработки приводятся в статье [38] - не только размах и среднее арифметическое значение, но и медиана (которая даже в значительно менее вариабельной выборке несколько ниже среднего арифметического - например, для Cd 0,21 и 0,14 мг/кг соответственно).

Таблица 1

Содержание ХЭ в растениях Ach. millefolium

Регион

Источник

Экол. чистота

Сроки сбора

ХЭ, мг/кг сухого вещества

Cd

Co

Cr

Cu

Fe

Mn

Ni

Pb

Zn

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

12

надземная часть

-

[23]

раст.суши (кларк)

0,005

1,0

1,8

10

200

240

2,0

2,5

50

-

[12]

сем. Asteraceae

-

0,45

-

10,4

466

75

-

 

28,7

-

[19]

аптечное сырье

-

0,18-0,46

(3,0-8,2)

18-56

(300-910)

34-52

(26-89)

-

140-280

(370-1400)

4,2-4,3

(28-64)

-

-

Алтайский край

Рубцовск.р-он

[5]

да

1992

-

0,2

0,5

8,3

49,3

1,0

-

-

-

Хабарск.р-он

[5]

да

1992

-

0,5

не обн.

7,7

38,7

1,4

-

-

-

Брянская обл.

[31, 32]

 

-

-

3,3

1,3-4,9

43

35,4-50,4

40

33-49

3591

0,23-0,44%

198

122-293

23

16,6-37,3

17

9,4-23,3

102

60-239

[22]

да

-

-

1,2

40,0

35,0

2388

986

12,3

18,0

30,2

нет

-

-

1,3

37,2

25,8

23506

1785

15,6

28,6

138,0

Калужская обл.

[14]

-

2012

0,26

-

-

9,6

95

-

2,6

14

28,0

Кемеровская обл.

[30]

да

1999-2002

0,22

-

0,14

1,35

23,23

1,01

0,05

0,1

0,09

[7, 8]

да

1986-1996

0,60

(0,98)

0,30

(11,8)

-

11,2

(18,4)

-

21,2

(523)

1,10

(21,2)

0,40

(14,5)

0,80

(52,6)

[7, 8]

да

2004-2009

0,18

(0,217)

0,31

(4,04)

-

8,44

(18,01)

41

(1425)

13,1

(151)

1,49

(18,63)

0,31

(6,27)

1,20

(33,76)

[21]

да

1986-1991

0,55

0,21-1,07

 (3,18) (1,7-6,6)

0,58

0,07-3,30

(32,9) (1,8-92,0)

1,82

0,14-10,27

(179)

(14-736)

14,3

1,3-1,1

(189) (5-841)

191

23-714

(2,0%)

(0,2-4,6%)

51,2

1,0-228,0

(523)

(26-1414)

4,27

0,03-18,0

 (152) (9-736)

3,82

0,1-8,9

(89)

(2,7-460)

18,1

0,89-57,1

(202) (9,0-920)

Красноярский край

[33]

-

-

0,10

-

-

1553

82

-

10,7

0,1

34,8

[9]

да

-

< 0,001

-

-

0,13

1,14

0,30

-

0,05

0,77

[10]

да

-

0,15

-

1,5

9,6

128,4

34,4

2,52

3,0

31,9

нет

-

0,20

-

1,98

12,5

113,9

26,6

2,76

4,55

77,5

Московская обл.

[14]

-

2012

0,19

-

-

6,2

89

-

0,9

16

19,0

Новосибирская обл.

[16]

нет

2014

0,31

(0,83)

0,28

(1,1)

0,70

(66,9)

11,43

(24,2)

216

(2,57%)

40,35

(673)

1,66

(38,3)

0,43

(23,3)

21,1

(86,5)

                             

 

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

12

Оренбургская обл.

[6]

да

-

0,01

0,10

0,2

0,2

5

0,4

0,7

0,14

3,0

нет

 -

0,04

(0,07)

0,1

(0,1)

0,2

(0,1)

0,3

(0,3)

9

(9)

0,5

(0,4)

0,3

(0,6)

0,2

(0,2)

11,3

(8,7)

[18]

да

2005

-

108*103

36*103

3,5*103

14,1*103

21,8*103

141*103

408*103

0,2*103

нет

2005

-

352*103

37*103

7,4*103

14,7*103

36*103

368*103

294*103

1,51*103

Пермская обл.

[3]

-

-

-

-

1,7

14,1

161

109

7,6

-

35,3

Австрия

 

[38]

нет

1999-2000

0,21

0,09-0,39

-

-

6,8

4,9-10,3

67

58-76

66

44-95

-

-

28,5

20,5-40,5

Польша

 

[39]

нет

2011-2012

0,04-0,51

0,3-1,1

0,41-2,17

8,0-17,9

74-257

22-120

0,6-2,1

0,30-3,54

18,2-63,2

да

0,06-0,24

0,4-0,8

0,63-1,02

11,2-15,2

103-288

52-171

1,2-2,5

0,65-2,61

29,9-118,7

аптеч.

0,27

0,2

0,31

21,1

87

111

1,3

0,75

26,7

Югославия, Сербия

[37]

нет

1999

0,3-1,5

(0,25-1,0)

-

-

18-27 (5-49)

-

25-172

 (440-2355)

4,5-14,5

(4-465)

2,5-8,0

(16-146)

23-53

(46-171)

корни

Кемеровская обл.

[7, 8]

-

2004-2009

0,09

0,26

-

5,25

137

8,44

1,40

0,41

13,3

[21]

-

1986-1991

0,78

0,21-1,59

1,10

0,16-3,07

5,40

0,20-23,97

9,1

1,0-51,1

96

22-396

26,37

0,52-88,3

2,37

0,05-8,17

3,74

0,05-10,3

4,52

0,61-10,60

Новосибирская обл.

[16]

нет

2014

0,49

0,61

3,94

15,32

1196

78,7

2,8

1,03

24,6

Оренбургская обл.

[6]

нет

-

0,07

0,1

0,3

0,3

7

0,3

0,4

0,1

10,4

                           

Примечание. "-" - нет данных. Курсивом выделены диапазоны содержания ХЭ. В скобках приведено содержание ХЭ в почве: [7, 8, 16, 21] - валовое, [37] - экстрагент 0,005 М DTPA, [6] - экстрагент не указан.

Таблица 2

Содержание ХЭ в надземной части Ach. millefolium, мг/кг сухого вещества

 Источник

Ag

Al

Ba

B

Ga

La

Mo

P

Sc

Si

Sn

Sr

Ti

V

Y

Yb

Zr

[16]

-

385

21,5

22,9

0,22

1,15

1,46

3096

0,15

2361

<0,1-0,15

49,3

19,1

0,83

0,6

0,037

1,94

[21]

0,14

217

41

27,2

1,36

5,65

1,29

502

0,67

350

6,16

17,5

46,0

1,8

1,6

-

5,97

[12]

-

-

-

22,4

-

-

1,12

2200

-

2200

-

-

-

-

-

-

-

[23]

0,03

300

22

25

0,05

0,8

0,6

2000

0,008

3000

0,25

40

32

1,5

0,8

0,0015

7,5

[39]

-

54-225

4,2-18,5

26-70

-

-

0,68-2,19

-

-

-

-

-

0,4-4,1

0,25-1,42

-

-

-

[18]

0,0003

0,0004

-

0,022

0,006

-

-

-

0,059

0,042

-

 

-

-

0,22

0,0

0,022

0,10

0,0003

0,0002

-

-

0,22

0,11

Примечание. [18] - в числителе - техногенная зона, в знаменателе - контроль.


Таблица 3

Содержание макроэлементов в надземной части

Ach. millefolium, мг/кг сухого сырья

 

Регион

Mg

Na

K

Ca

 

Растения суши(кларк)[23]

3200

1200

11000

15000

 

Сем. Asteraceae [12]

2450

6500

13200

8500

 

Россия [15]

2600

-

35900

11800

 

Калужская обл. [14] 

1740

13

21950

7880

 

Московская обл.[14]

2160

14

19157

7150

 

Красноярский

край

[33]

1160

800

16180

6060

 

[9]

-

4

159

100

 

Кемеровская обл.[21]

70-2985

-

-

77-1990

 

Польша [39]

2-4

-

-

9-15

 

 Новосибирская обл.[16]

1806

214

28544

10130

 

 

Таблица 4

Содержание ХЭ в надземной части

Ach. millefolium, мг/кг сухого сырья

Регион

Условия

Pb

Cd

Zn

Волгоград.обл.[28]

рекр.зоны

 0,35-0,76

-

19-36

 Пермский кр.[2]

-

0,7-1,7

0,04-0,30

-

Литва [24]

1-10 м

от дороги

1,2-6,0

(4,6-21,3)

0,06-0,70

(0,02-0,11)*

164-1607

(2,0-36,5)

100-400 м от дороги

0,5-1,4

(2,6-6,4)

0,04-0,15

(0,03-0,15)

65-293

(2,0-22,7)

контроль

1,2-1,5

(4,0)

0,34-3,06

(0,03)

218-306

(11,7)

Дагестан [26]

вдоль автотрасс

1,0-4,9

(1,7-19,6)

0,02-0,29

(0,15-3,20)

4-9

(6,9-32,0)

контроль

0,6-0,6

(3,9-4,6)

0,02-0,10

(0,01-0,01)

7-12

(13,0-14,0)

Примечание. * - в работе [24] содержание Cd в почвах на расстоянии 1-3 м от магистрали, обозначенной № 2, составляет 40 мг/кг, что на три порядка выше, чем все остальные значения, в растениях подобного повышения нет. Содержание ХЭ в почве: [24] - экстрагент 10 % HCl, [26] - экстрагент 1 М HCl.

 

                   

В работе [14] сравниваются данные по содержанию ХЭ в растениях Калужской и Московской областей, Красноярского края, окрестностей химического комбината «Стерлитамак» и по книге [4], при этом обнаружены существенные отличия в содержания Hg, Cu, Fe и Na (на порядки). Но данные, приведенные Т. Г. Гончаровой [4], совпадают со значениями коэффициентов биологического накопления, приводимыми М. Я. Ловковой и др. [15], несколько некорректно сравнивать с ними количество ХЭ. Кроме того, содержание ХЭ в растениях Красноярского края полностью соответствует данным Н. В. Шаталиной и др. [33], ссылка на которую отсутствует в списке литературы. Автор делает вывод о необходимости установления содержания ХЭ во всех лекарственных растениях современными методами с указанием источника образца по времени и территории. Но даже в одном и том же регионе исследователи получают значительно отличающиеся данные.

Так, в двух статьях по Оренбургской области [6, 18], содержание свинца в контрольной зоне составляет 0,143 мг/кг и 408 мг/г. Учитывая единицы измерения мг/г, разница составит 7 порядков (при кларке в растениях суши 2,5 мг/кг [23]). Даже если предположить, что в статье допущена опечатка, и авторы привели содержание в мг/кг, разница более чем существенная. Если содержание выражено в мкг/г, то возникают аналогичные вопросы при сравнении концентраций других ХЭ, например, меди - 0,161 мг/кг и 7,4 мг/г соответственно.

Еще один пример - три статьи по содержанию ХЭ в Ach. millefolium, произрастающем в Красноярском крае, опубликованы в третьем номере журнала «Химия растительного сырья» за 2002 г., в них приводятся данные совместных исследований [9, 10, 33]. Содержание меди: 155,33 мг/100 г, т.е. 1553,3 мг/кг [33], 9,6 и 12,5 мг/кг [10], 0,13 (единицы измерения в таблице не указаны, но в примечании отмечено, что «следы - менее 0,001 мг/кг», поэтому можно предположить, что и в таблице мг/кг) [9]  - тот же объект, тот же район, те же исследователи. При этом в работе [10] сделан вывод, что содержание меди может достигать 4 ПДК (ссылка на литературный источник либо значение ПДК не приведено), цинка - 8, свинца - 9, кадмия -7 ПДК. В работе же [9] указано, что содержание свинца, кадмия, мышьяка и ртути не превышает сотых долей ПДК.

С применением значений ПДК для оценки загрязнения вообще часто возникает путаница. Так, в работе В. В. Семеновой [26] для извлечения подвижной формы ХЭ из почв используется 1 М HCl, но полученные содержания цинка и свинца сравниваются с ПДК для ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8 по ГН 2.1.7.2041-06, кадмия - с ОДК валовой формы по ГН 2.1.7.2511-09; из чего следует вывод о превышении ПДК. В статье                   Ю. Г. Поцепай и др. [22] содержание ХЭ в растениях сравнивается с ОДК валовой формы в почвах по ГН 2.1.7.2511-09.

Для лекарственного растительного сырья до сих пор не разработаны нормативные документы, определяющие предельно допустимые концентрации ХЭ. Авторы обычно используют СанПиН для продовольственного сырья и пищевых продуктов - 42-123-4089-86, 2.3.2.560-96 и 2.3.2.1078-01. Приводимые в данных документах ПДК для ХЭ полностью совпадают, хотя в последнем издании уже не нормируется содержание меди и цинка. При этом исследователи, даже получая достаточно близкие данные по содержанию ХЭ в ЛРС, зачастую приходят к принципиально разным выводам об экологической чистоте сырья. Это связано с тем, что для сравнительной оценки используются не только ПДК для чая или БАД на растительной основе, которые несколько отличаются между собой по допустимому содержанию свинца (10 и 6 мг/кг соответственно) и мышьяка (1,0 и 0,5 мг/кг) и совпадают по содержанию кадмия (1 мг/кг) и ртути (0,1 мг/кг), но и ПДК для сушеных овощей и фруктов - и в этом случае очень часто выявляются «загрязнения», которых в действительности нет. Так, в СанПиН 2.3.2.1078-01 содержание ХЭ в сухих овощах и фруктах (п. 1.6.2) оценивается по п. 1.6.1 (свежие и свежемороженые овощи и т.д.), в котором приведены следующие значения: Pb - 0,5; Cd - 0,03; As - 0,2 и Hg - 0,02 мг/кг сырого вещества и сделано примечание: *в пересчете на исходный продукт с учетом содержания сухих веществ в нем и в конечном продукте. Вот на это примечание авторы зачастую не обращают внимания и приходят к выводам о загрязнении ЛРС, в том числе Ach. millefolium [27, 30 и др.].

В работе Н. Савицкене и др. [24] авторы говорят о превышении ПДК в образцах сухого сырья всех видов, но используют ПДК, принятые в Германии для овощной продукции, т.е. в расчете на сырое вещество. Если принять это во внимание, то получится, что большинство исследованных проб соответствуют нормативным требованиям, а отдельные превышения ПДК по свинцу и кадмию отмечаются как на расстоянии 1-3 м от автотрасс, так и на расстоянии 120 м, а также в «фоновой» зоне. В. В. Семенова [26] отмечает, что сбор ЛРС нужно производить вдали от автотрасс даже с низкой интенсивность движения, но при этом содержание цинка в растениях на фоновых территориях даже несколько больше, а максимальные концентрации ХЭ не превышают ПДК по СанПиН 2.3.2.1078-01.

Заключение

Сравнение литературных данных не позволяет выявить какую-либо связь между содержанием ХЭ и природно-климатическими условиями, уровнем техногенного воздействия и другими факторами. При этом причиной является не широкий спектр используемых методов анализа, а наблюдаемая значительная разница в результатах, полученных одной и той же группой исследователей в том же самом регионе. Во избежание этого необходимы разработка и внедрение государственных и отраслевых стандартных растительных образцов, аттестованных на максимально расширенный спектр ХЭ.   Исследователи приходят к выводам как о допустимости использования исследованного ЛРС, так и о невозможности; говорят о чистоте сырья и его загрязненности; отмечают, что загрязнения могут носить случайный характер, и выявляют виды, накапливающие какие-либо ХЭ; при этом сравнение с ПДК зачастую проводится некорректно.

 Не следует забывать и о том, что для заключения о возможности использования ЛРС, собранного на техногенно загрязненных и антропогенно измененных территориях, необходимы исследования не только элементного химического состава, но и определение количества радионуклидов, а также оценка соответствия требованиям других нормируемых характеристик - влажности, зольности, биологически активных веществ и т.п.

Рецензенты:

Неверова О. А., д.б.н., профессор, зав. лабораторией экологического биомониторинга,  ФГБУН Институт экологии человека СО РАН, г. Кемерово;

Свидерский А. К., д.х.н., профессор, директор Инженерной академии, МОН РК Инновационный Евразийский университет, г. Павлодар.